控制系統(tǒng)CAD——基于MATLAB語言 基于Simulink的PID控制算法研究

1、大連理工大學(xué)城市學(xué)院控制系統(tǒng)CAD基于MATLAB語言基于Simulink的PID控制算法研究學(xué) 院： 專 業(yè)： 1 姓 名： 學(xué) 號： 完成日期： 一：實驗?zāi)康模?.掌握MATLAB軟件的Simulink平臺的基本操作；2.能夠利用Simulink平臺研究PID控制器對系統(tǒng)的影響；二：實驗原理：PID（比例-積分-微分）控制器是目前在實際工程中應(yīng)用最為廣泛的一種控制策略。PID算法簡單實用，不要求受控對象的精確數(shù)學(xué)模型。比 例積 分微 分對象模型PID控制器r(t)y(t)u(t)e(t)圖1 典型PID控制結(jié)構(gòu)三：實驗內(nèi)容：某直流電動機速度控制系統(tǒng)如圖2所示，采用PID控制方案，使用期望特

2、性法來確定,和這3三個參數(shù)。期望系統(tǒng)對應(yīng)的閉環(huán)特征根為：-300，-300，-30+j30和-30-j30。請建立該系統(tǒng)的Simulink模型，觀察其單位階躍響應(yīng)曲線，并且分析這3個參數(shù)分別對控制性能的影響。+PIDGcG1G2G3G45.3轉(zhuǎn)速控制器晶閘管整流器直流電動機傳動裝置電動勢系數(shù)0.012測速反饋系數(shù)轉(zhuǎn)速給定+轉(zhuǎn)速圖3 直流電動機PID控制系統(tǒng)圖2直流電動機PID控制系統(tǒng)的Simulink仿真模型（1） 分析比例系數(shù)對控制性能的影響：在和保持不變的情況下，分別取值0.5，5和20， 改變時的系統(tǒng)響應(yīng)曲線圖。a）b）c）（2） 分析積分系數(shù)對控制性能的影響在和保持不變的情況下，分別取

3、值20，120，300， 改變時的系統(tǒng)響應(yīng)曲線a) b) c) （3） 分析微分系數(shù)對控制性能的影響在和保持不變的情況下，分別取值0.01，0.07，0.2，系統(tǒng)的響應(yīng)曲線如圖7所示?？梢?，當(dāng)取值較小時系統(tǒng)響應(yīng)對變化趨勢的調(diào)節(jié)較慢。超調(diào)量較大。而當(dāng)取值較大時系統(tǒng)的響應(yīng)進入穩(wěn)態(tài)的速度較快。但是超調(diào)量增加。當(dāng)取值過大時，對變化趨勢的調(diào)節(jié)過強，階躍響應(yīng)的初期出現(xiàn)尖脈沖。a) b) c) 四、實驗結(jié)論：P、I、D控制參數(shù)的改變對系統(tǒng)控制效果的影響：1、比例系數(shù)Kp對系統(tǒng)性能的影響：（1）對系統(tǒng)的動態(tài)性能影響：Kp加大，將使系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，Kp偏大時，系統(tǒng)振蕩次數(shù)增多，調(diào)節(jié)時間加長；Kp太小又會使系統(tǒng)

4、的響應(yīng)速度緩慢。（2）對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能影響：在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，加大Kp可以減少穩(wěn)態(tài)誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。因此Kp的整定主要依據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)性能。2、積分時間Ti對系統(tǒng)性能的影響：積分控制通常和比例控制或比例微分控制聯(lián)合作用，構(gòu)成PI控制或PID控制。（1）對系統(tǒng)的動態(tài)性能影響：積分控制通常影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。Ti太小，系統(tǒng)可能不穩(wěn)定，且振蕩次數(shù)較多；Ti太大，對系統(tǒng)的影響將削弱；當(dāng)Ti較適合時，系統(tǒng)的過渡過程特性比較理想。 （2）對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能影響：積分控制有助于消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度，但若Ti太大，積分作用太弱，則不能減少余差。3、微分時間TD對系統(tǒng)性能的影響：積分控制通常和比例控制或比例積分控制聯(lián)合作用，構(gòu)成PD控制或PID控制。（1）對系統(tǒng)的動態(tài)性能影響：微分時間Td的增加即微分作用的增加可以改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，如減少超調(diào)量，縮短調(diào)節(jié)時間等。適當(dāng)加大比例控制，可以減少穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。但Td值偏大或偏小都會適得其反。另外微分作用有可能放大系統(tǒng)的噪聲，降低系統(tǒng)的抗干擾能力。 （