PID積分微分比例控制系統(tǒng)動力學(xué)學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1PID積分微分比例積分微分比例(bl)控制系統(tǒng)動力學(xué)控制系統(tǒng)動力學(xué)第一頁，共104頁。PID控制(kngzh)的優(yōu)點：簡單性（直觀） 魯棒性靈活性 PID控制(kngzh)的本質(zhì)是一個二階線性控制(kngzh)器第1頁/共103頁第二頁，共104頁。離合器接合離合器接合(jih)過程圖過程圖 離合器是電控機械自動變速器中十分離合器是電控機械自動變速器中十分(shfn)關(guān)鍵的一個工作部件關(guān)鍵的一個工作部件，其工作質(zhì)量直接影響到換擋的平順和車輛起步性能的好壞，同時，其工作質(zhì)量直接影響到換擋的平順和車輛起步性能的好壞，同時也直接影響到車輛的使用壽命。離合器的起步控制是實現(xiàn)自動操縱也直接影響到

2、車輛的使用壽命。離合器的起步控制是實現(xiàn)自動操縱的難點。的難點。第2頁/共103頁第三頁，共104頁。第3頁/共103頁第四頁，共104頁。未采用轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)采用PID轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)發(fā)動機階躍響應(yīng)(xingyng)曲線第4頁/共103頁第五頁，共104頁。校正可以總結(jié)為比例、積分、微分三種運算及其組合。第5頁/共103頁第六頁，共104頁。第6頁/共103頁第七頁，共104頁。( )( )( )inoute tr tyt011( )( )( )( )tpDde tu tke te t dtTTdtsTsTksEsUsGDp111)()()(第7頁/共103頁第八頁，共104頁。作用的強弱取決于積分

3、時間常數(shù)T,T越大，積分作用越弱，反之則越強。n微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號的變化趨勢，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。第8頁/共103頁第九頁，共104頁。( )sin(2)inrtAft連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)(xtng)的基本的基本PID仿真仿真2133( )25G sss第9頁/共103頁第十頁，共104頁。1.2 連續(xù)系統(tǒng)的基本連續(xù)系統(tǒng)的基本(jbn)PID仿真仿真第10頁/共103頁第十一頁，共104頁。1.2 連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)(xtng)的基本的基本PID仿真仿真第11頁/共103頁第十二頁，共104頁。PSCKG)(這表明

4、這表明,P控制器的輸入信號成比例地反映輸出信號控制器的輸入信號成比例地反映輸出信號。 優(yōu)點優(yōu)點:它的作用是調(diào)整系統(tǒng)的開環(huán)比例系數(shù)，提高系統(tǒng)它的作用是調(diào)整系統(tǒng)的開環(huán)比例系數(shù)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，減低系統(tǒng)的惰性，加快響應(yīng)速度。的穩(wěn)態(tài)精度，減低系統(tǒng)的惰性，加快響應(yīng)速度。 缺點缺點:僅用僅用P控制器控制器,過大的開環(huán)比例系數(shù)不僅會使過大的開環(huán)比例系數(shù)不僅會使系統(tǒng)的超調(diào)量增大系統(tǒng)的超調(diào)量增大,而且會使系統(tǒng)穩(wěn)定裕度變小而且會使系統(tǒng)穩(wěn)定裕度變小(bin xio),甚至不穩(wěn)定。甚至不穩(wěn)定。第12頁/共103頁第十三頁，共104頁。11111)(sKTKKKTKGppppspS系統(tǒng)系統(tǒng)(xtng)的閉環(huán)傳遞的閉

5、環(huán)傳遞函數(shù)：函數(shù)：11Ts)(ty)(trPK帶有P控制器的反饋(fnku)控制系統(tǒng):第13頁/共103頁第十四頁，共104頁。sTsGic1)( 在控制系統(tǒng)中,采用積分控制器可以提高(t go)系統(tǒng)的型別,消除或減小穩(wěn)態(tài)誤差,使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能得到改善。輸出信號和輸入信號的關(guān)系：deTtuti0)(1)(第14頁/共103頁第十五頁，共104頁。帶控制器的系統(tǒng)(xtng)輸入輸出示意圖第15頁/共103頁第十六頁，共104頁。 缺點：積分控制器的加入會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度減小。帶有I控制器的反饋(fnku)控制系統(tǒng): ) 1(TssK)(ty)(trsTi1第16頁/共103頁第

6、十七頁，共104頁。sTKsGipc11)(PI控制器不但(bdn)保持了積分控制器消除穩(wěn)態(tài)誤差的“記憶功能”，而且克服了單獨使用積分控制消除誤差時反應(yīng)不靈敏的缺點輸出信號和輸入信號的關(guān)系：deTKteKtutipp0)()()(第17頁/共103頁第十八頁，共104頁。三種控制(kngzh)作用的對比曲線第18頁/共103頁第十九頁，共104頁。sTKsGdpc1)(PD控制只在動態(tài)過程中才起作用(zuyng)，對恒定穩(wěn)態(tài)情況起阻斷作用(zuyng)。因此，微分控制在任何情況下都不能單獨使用。dttdeTteKtudp)()()(第19頁/共103頁第二十頁，共104頁。的“預(yù)測(yc)”作

7、用三種(sn zhn)控制作用的對比曲線第20頁/共103頁第二十一頁，共104頁。sTsTKsGdipc11)(輸出信號(xnho)和輸入信號(xnho)的關(guān)系：dttdeTdeTteKtudtip)()(1)()(0第21頁/共103頁第二十二頁，共104頁。PID控制器的頻率特性第22頁/共103頁第二十三頁，共104頁。佳，對運行工況的適應(yīng)能力很差第23頁/共103頁第二十四頁，共104頁。第24頁/共103頁第二十五頁，共104頁。第25頁/共103頁第二十六頁，共104頁。達(dá)能讓左右兩部分進(jìn)行相對轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)(xunzhun)馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩可以調(diào)節(jié)。第26頁/共103頁第二十七頁，共10

8、4頁。車輪的橫向擺臂連接。差動液壓缸機構(gòu)兩端的距離是可以調(diào)節(jié)的。第27頁/共103頁第二十八頁，共104頁。第28頁/共103頁第二十九頁，共104頁。第29頁/共103頁第三十頁，共104頁。第30頁/共103頁第三十一頁，共104頁。第31頁/共103頁第三十二頁，共104頁。第32頁/共103頁第三十三頁，共104頁。第33頁/共103頁第三十四頁，共104頁。第34頁/共103頁第三十五頁，共104頁。第35頁/共103頁第三十六頁，共104頁。instance, at an acceleration of 0.2 g the angle is 11while if the accel

9、erationis 0.5 g the angle is 27.第36頁/共103頁第三十七頁，共104頁。第37頁/共103頁第三十八頁，共104頁。第38頁/共103頁第三十九頁，共104頁。第39頁/共103頁第四十頁，共104頁。第40頁/共103頁第四十一頁，共104頁。第41頁/共103頁第四十二頁，共104頁。第42頁/共103頁第四十三頁，共104頁。第43頁/共103頁第四十四頁，共104頁。第44頁/共103頁第四十五頁，共104頁。第45頁/共103頁第四十六頁，共104頁。第46頁/共103頁第四十七頁，共104頁。第47頁/共103頁第四十八頁，共104頁。第48頁/

10、共103頁第四十九頁，共104頁。第49頁/共103頁第五十頁，共104頁。第50頁/共103頁第五十一頁，共104頁。第51頁/共103頁第五十二頁，共104頁。000(0,1,2,3)( )( )( )( )()(1)( )(1)kktjjtkT ke t dtTe jTe jde te kTekTe ke kdtTT第52頁/共103頁第五十三頁，共104頁。010( )( ( )( )( ( )(1)( )(1)( )( )kDpjkpidjTTu kk e ke je ke kTTe ke kk e kke j TkT第53頁/共103頁第五十四頁，共104頁。第54頁/共103頁第

11、五十五頁，共104頁。出進(jìn)行限幅：-10，10。1.3.1位置位置(wi zhi)式式PID控制算法控制算法第55頁/共103頁第五十六頁，共104頁。10(1)( (1)( )( (1)(2)kpidju kke kke jk e ke k( )( ( )(1)( )( ( ) 2 (1)(2)pidu kk e ke kke kk e ke ke k ) 1()()(kukuku第56頁/共103頁第五十七頁，共104頁。第57頁/共103頁第五十八頁，共104頁。1.3.5積分分離積分分離(fnl)PID控制算法及控制算法及仿真仿真第58頁/共103頁第五十九頁，共104頁。0( )(

12、)( )( ( )(1)/kpidju kk e kke j Tk e ke kT01( )e k( )e k第59頁/共103頁第六十頁，共104頁。第60頁/共103頁第六十一頁，共104頁。160)(80sesGs)5()2() 1()2()(kunumkydenky第61頁/共103頁第六十二頁，共104頁。第62頁/共103頁第六十三頁，共104頁。第63頁/共103頁第六十四頁，共104頁。積分失控現(xiàn)象(xinxing)。第64頁/共103頁第六十五頁，共104頁。第65頁/共103頁第六十六頁，共104頁。第66頁/共103頁第六十七頁，共104頁。ssssG1047035.87

13、5235000)(231.3.6抗積分飽和抗積分飽和(boh)PID控制算法及控制算法及仿真仿真第67頁/共103頁第六十八頁，共104頁。第68頁/共103頁第六十九頁，共104頁。tkiTieiedtte002) 1()()(第69頁/共103頁第七十頁，共104頁。10()( )()()kiiiukke ife ke kT第70頁/共103頁第七十一頁，共104頁。0)(1)(ABkeAkefBAkeBAkeBBke)()()(第71頁/共103頁第七十二頁，共104頁。) 1()()()()()()(10kekekTkekefiekkekkudkiip第72頁/共103頁第七十三頁，共

14、104頁。160)(80sesGs第73頁/共103頁第七十四頁，共104頁。第74頁/共103頁第七十五頁，共104頁。分環(huán)節(jié)上，右圖是將低通濾波器加在整個PID控制器之后。第75頁/共103頁第七十六頁，共104頁。1.3.9不完全微分不完全微分(wi fn)PID算法及仿真算法及仿真第76頁/共103頁第七十七頁，共104頁。( )(1)( ( )(1)(1)DDDukKa e ke kuksDpDTTkK/fsfTTT1.3.9不完全微分不完全微分(wi fn)PID算法及仿真算法及仿真第77頁/共103頁第七十八頁，共104頁。160)(80sesGs11801)(ssQ1.3.9不

15、完全微分不完全微分(wi fn)PID算法及仿真算法及仿真第78頁/共103頁第七十九頁，共104頁。1.3.9不完全不完全(wnqun)微分微分PID算法及仿真算法及仿真第79頁/共103頁第八十頁，共104頁。第80頁/共103頁第八十一頁，共104頁。1.3.10微分微分(wi fn)先行先行PID控制算法及控制算法及仿真仿真第81頁/共103頁第八十二頁，共104頁。11)()(sTsTsysuDDD11.3.10微分先行微分先行(xinxng)PID控制算控制算法及仿真法及仿真160)(80sesGsinR (t)=1.0sgn(sin(0.0005At)+0.05sin(0.03A

16、t)11DT s第82頁/共103頁第八十三頁，共104頁。1.3.10微分先行微分先行(xinxng)PID控制算法控制算法及仿真及仿真第83頁/共103頁第八十四頁，共104頁。1.3.10微分先行微分先行(xinxng)PID控制算控制算法及仿真法及仿真第84頁/共103頁第八十五頁，共104頁。)(0)(keke00)()(ekeeke第85頁/共103頁第八十六頁，共104頁。第86頁/共103頁第八十七頁，共104頁。ssssG1047035.87523500)(23104. 01)(ssQ1.3.11帶死區(qū)的帶死區(qū)的PID控制算法及仿真控制算法及仿真(fn zhn)第87頁/共1

17、03頁第八十八頁，共104頁。1.3.11帶死區(qū)的帶死區(qū)的PID控制算法及仿真控制算法及仿真(fn zhn)第88頁/共103頁第八十九頁，共104頁。汽車巡航(xnhng)控制系統(tǒng)組成與原理圖 第89頁/共103頁第九十頁，共104頁。行駛過程中受到路面坡度、空行駛過程中受到路面坡度、空氣阻力等外界因素干擾，因而氣阻力等外界因素干擾，因而基于時不變系統(tǒng)得到的控制方基于時不變系統(tǒng)得到的控制方法就難以在各種工況下取得良法就難以在各種工況下取得良好的效果，解決的辦法是加入好的效果，解決的辦法是加入自適應(yīng)環(huán)節(jié)，控制方法能隨各自適應(yīng)環(huán)節(jié)，控制方法能隨各種因素的變化而實時地加以調(diào)種因素的變化而實時地加以調(diào)整，以適應(yīng)復(fù)雜多變的行駛工整，以適應(yīng)復(fù)雜多變的行駛工況。況。第90頁/共103頁第九十一頁，共104頁。第91頁/共103頁第九十二頁，共104頁。第92頁/共103頁第九十三頁，共104頁。PKITDT c t 20dISEett第93頁/共103頁第九十四頁，共104頁。 P0I0D001kju kK e kKe jKe