PID控制參數(shù)對系統(tǒng)性能影響的分析報(bào)告

1、Word 格式計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程三級項(xiàng)目某二階系統(tǒng)的PID 控制器設(shè)計(jì)及參數(shù)整定報(bào)告人：劉寶完美整理Word 格式指導(dǎo)教師：劉思遠(yuǎn)燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)電控制系2012年9月23日目錄計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程三級項(xiàng)目.11.1 PID 控制的應(yīng)用現(xiàn)狀 .31.2PID 控制器各個(gè)參數(shù)對系統(tǒng)系能的影響.31.2.1比例系數(shù) K P 對系統(tǒng)性能的影響 .31.2.2積分系數(shù)K1 對系統(tǒng)性能的影響 .41.2.3微分系數(shù)K2 對系統(tǒng)性能的影響 .61.3對給定的系統(tǒng)進(jìn)行 PID 控制調(diào)節(jié) .71.4收獲與感想.11完美整理Word 格式1.1 PID 控制的應(yīng)用現(xiàn)狀在工程實(shí)際中， 應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制

2、規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。PID 控制器問世至今已有近70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、 穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。從理論角度而言， PID 控制是 20 世紀(jì) 40 年代開始的調(diào)節(jié)原理的一種典型代表。 PID 控制再世紀(jì)控制工程中應(yīng)用最廣，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在工業(yè)過程控制、航空航天控制等領(lǐng)域中，PID 孔的應(yīng)用占 80% 以上。盡管 PID 控制已經(jīng)寫入經(jīng)典教科書， 然而由于 PID 控制的簡單與良好的應(yīng)用效果，人們?nèi)栽诓粩嘌芯?PID 控制器各種設(shè)計(jì)方法（包括各種自適應(yīng)調(diào)節(jié)、 最優(yōu)化方法）和未來潛力。由于液壓控制系統(tǒng)大功率、

3、 高控制精度、 技術(shù)成熟等特點(diǎn)， 在要求精度高的重型機(jī)械機(jī)構(gòu)中得到了廣泛應(yīng)用。在現(xiàn)實(shí)工業(yè)中比例伺服閥與PID 控制器的結(jié)合， 使得液壓控制對于位移、 速度、壓力等的控制獲得更加良好的效果。1.2PID 控制器各個(gè)參數(shù)對系統(tǒng)系能的影響比例系數(shù) K P 對系統(tǒng)性能的影響完美整理Word 格式（1）對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響： K P 加大，將使系統(tǒng)響應(yīng)速度加快， K P 偏大時(shí)，系統(tǒng)振蕩次數(shù)增多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長；K P 太小又會(huì)使系統(tǒng)的響應(yīng)速度緩慢。 K P 的選擇以輸出響應(yīng)產(chǎn)生4:1 衰減過程為宜。（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 K P 可以減少穩(wěn)態(tài)誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。

4、因此 K P 的整定主要依據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。調(diào)節(jié)的大小對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能影響如圖。由圖可見，當(dāng)p 加大時(shí)，可是系統(tǒng)動(dòng)作靈敏，速度加快，在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下， 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差將減小，卻不能完全消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。Kp 偏大時(shí)，系統(tǒng)的震蕩次數(shù)增多，調(diào)節(jié)時(shí)間增長。 Kp 太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。積分系數(shù) K1 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完美整理Word 格式控制。（1）對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響：對于合適的k1 值，可以減小系統(tǒng)的超調(diào)量，提高了穩(wěn)定性，引入積分環(huán)節(jié)的代價(jià)是降低系統(tǒng)的快速性。（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，

5、提高系統(tǒng)的控制精度，但若k1 太大，系統(tǒng)可能會(huì)產(chǎn)生震蕩，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由此可見，積分作用能夠消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度， 系統(tǒng)積分作用的引入通常使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，K1 太大時(shí)系統(tǒng)將不穩(wěn)定， K1 偏大時(shí)系統(tǒng)完美整理Word 格式的震蕩次數(shù)較多。微分系數(shù) K2 對系統(tǒng)性能的影響（1）對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響： 微分系數(shù) K2 的增加即微分作用的增加可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性， 如減少超調(diào)量， 縮短調(diào)節(jié)時(shí)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 K2 值偏大或偏小都會(huì)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。（2）對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能影響：微分環(huán)節(jié)的加入，可

6、以在誤差出現(xiàn)或變化瞬間，按偏差變化的趨向進(jìn)行控制。它引進(jìn)一個(gè)早期的修正作用，有助于增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。完美整理Word 格式微分控制經(jīng)常與比例控制或積分控制聯(lián)合使用。引入微分控制可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，當(dāng)K2 偏小時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長；當(dāng)K2 合適時(shí)可以提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。1.3 對給定的系統(tǒng)進(jìn)行PID 控制調(diào)節(jié)通過改變不同的參數(shù)， 便可得到在不同參數(shù)情況下的系統(tǒng)響應(yīng)，而且以一個(gè)清晰的圖像表示出來。完美整理Word 格式首先取比例系數(shù)Kp=30系統(tǒng)響應(yīng)如圖。由圖中可以看出，系統(tǒng)響應(yīng)較快，滿足系統(tǒng)的要求，但是穩(wěn)態(tài)誤差較大，需要引入積分環(huán)節(jié)，進(jìn)行PI 調(diào)節(jié)。完美整理Word

7、格式取比例系數(shù)Kp=30 ， K1=0.4系統(tǒng)響應(yīng)如圖。由圖可以看出，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差已經(jīng)達(dá)到要求， 但是系統(tǒng)的超調(diào)量較大， 震蕩次數(shù)較多， 調(diào)整時(shí)間較長，需要引入微分環(huán)節(jié)，進(jìn)行PID 調(diào)節(jié)。完美整理Word 格式取 Kp=35 ，K1=0.4 ，K2=15 系統(tǒng)響應(yīng)如圖。由圖可以看出，系統(tǒng)的超調(diào)量小于 2，調(diào)整時(shí)間小于 0.2s, 穩(wěn)態(tài)誤差小于 5，很好的滿足了系統(tǒng)的要求。PID 控制器的參數(shù)必須根據(jù)工程問題的具體要求來考慮。在工業(yè)過程控制中，通常要保證閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定， 對給定量的變化能迅速跟蹤， 超調(diào)量小。在不同干擾下輸出應(yīng)能保持在給定值附近，控制量盡可能地小， 在系統(tǒng)和環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化時(shí)控制

8、應(yīng)保持穩(wěn)定。一般來說，要同時(shí)滿足這些要求是很難做到的，必須根據(jù)系統(tǒng)的具體情況， 滿足主要的性能指標(biāo)， 同時(shí)兼顧其它方面的要求。完美整理Word 格式在選擇采樣周期T 時(shí)，通常都選擇 T 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)。 因此，PID 參數(shù)的整定可以按模擬控制器的方法來進(jìn)行。1.4 收獲與感想通過這次的課程三級項(xiàng)目， 我更加深入的了解了PID 的控制機(jī)理，單純的學(xué)習(xí)課本上的理論知識(shí)， 我們只能大概的了解它的機(jī)理，但是其深層含義卻無法體會(huì)，這次通過matlab 程序仿真，通過一次一次的參數(shù)整定，了解到每一個(gè)參數(shù)的變化對系統(tǒng)行性能的影響，這樣從實(shí)際中了解到這些知識(shí)，才能更加領(lǐng)會(huì)其中的真正機(jī)理，為以后的PID 設(shè)計(jì)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過這次的三級項(xiàng)目， 我感到我還有許多工程軟件的使用不太熟悉，在接下來的時(shí)間里， 我要加強(qiáng)這