PID調(diào)節(jié)器的仿真控制研究

1、PID調(diào)節(jié)器的仿真控制研究 自控1102 徐凱 2011014055 一實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜荩阂运Ｐ妥鳛楸豢貙ο螅褂肞ID調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)控制。目標(biāo)：1、通過選擇不同的常規(guī)調(diào)節(jié)器規(guī)律（P、PI、PID）及不同的調(diào)節(jié)參數(shù)，觀察相應(yīng)的過渡過程曲線，比較控制過程的質(zhì)量指標(biāo)，進(jìn)一步理解和掌握調(diào)節(jié)規(guī)律和調(diào)節(jié)參數(shù)對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響。2、對給定的被控對象和給定的控制指標(biāo)，找出合適的調(diào)節(jié)規(guī)律和調(diào)節(jié)參數(shù)，通過自學(xué)，學(xué)會參數(shù)整定的方法。二實(shí)驗(yàn)容為保持飛機(jī)的航向和飛行高度，人們設(shè)計(jì)了如圖所示的飛機(jī)自動駕駛儀：控制器可選擇：P：PI：PID：對以上控制回路，調(diào)節(jié)器取以下形式時(shí)，求取輸入為單位階躍信號時(shí)，實(shí)際航向角的過渡過程曲

2、線。記錄過渡過程曲線的（a）超調(diào)量（b）峰值時(shí)間（c）過渡時(shí)間（d）衰減比（e）余差，研究不同調(diào)節(jié)規(guī)律及參數(shù)對控制質(zhì)量的影響。（1）P調(diào)節(jié)器：Kc分別取0.1，1.0，2，5，8（2）PI調(diào)節(jié)器：Kc=5，Ti分別取1，2，4，6，與相同條件下的純比例調(diào)節(jié)器比較。（3）PID調(diào)節(jié)器：Kc=5, Ti=1, Td分別取0.001，0.01，0.05，0.1，與相同條件下的PI調(diào)節(jié)器比較。利用MATLAB中的Simulink仿真軟件。三實(shí)驗(yàn)作圖和計(jì)算1. 控制器先選用P(1)p=0.1 I=0 D=0 (2)p=1 I=0 D=由圖可得：峰值時(shí)間tp=2.418s 峰值時(shí)間tp=2.092超調(diào)量%

3、=（）/0.07692*100% 超調(diào)量%=(0.5083-0.4545)/0.4545* =48.49% 100%=11.83%調(diào)節(jié)時(shí)間：ts=6.854 調(diào)節(jié)時(shí)間：ts=6.229 上升時(shí)間：tr=2.12 上升時(shí)間：tr= 1.687 余差=0.07692-1=-0.92308 余差=0.4545-1=-0.5455(3)p=2 I=0 D=0 (4)p=5 I=0 D=0 峰值時(shí)間tp=1.782 tp=1.475超調(diào)量%=(0.7248-0.625)/0.625*100% %=23.99% =15.968%調(diào)節(jié)時(shí)間ts：ts=4.848 ts=4.632上升時(shí)間：tr=1.497 t

4、r=0.8075余差=0.625-1=-0.375 余差=0.8065-1=-0.1935(5)p=8 I=0 D=0 （6）取不同p值時(shí)的響應(yīng)圖峰值時(shí)間tp=1,374超調(diào)量%=(1.137-0.8696)/0.8696*100% =30.7%調(diào)節(jié)時(shí)間ts=3.621上升時(shí)間：tr=1.231余差=0.8696-1=-0.13042.控制器為PI(1)p=5 I=1 D=0 (2)p=5 I=0.5 D=0(3)p=5 I=0.25 D=0 (4)p=5 I=1/6 D=0 (5)p=5 ,取不同I值時(shí)的響圖3.控制器為PID(1)p=5 I=1 D=0.001 (2)p=5 I=1 D=0

5、.01 (3)p=5 I=1 D=0.05 (4)p=5 I=1 D=0.1 (5)p=5 I=1 取不同D值時(shí)的響應(yīng) 四實(shí)驗(yàn)結(jié)論1 比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)規(guī)律在調(diào)節(jié)過程中的作用比例調(diào)節(jié)規(guī)律的作用是：是按比例反映系統(tǒng)的偏差,系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差,比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少. ! ?4 d. g7 _' S  * 3 P# Z# t9 e1 L偏差。比例作用大,可以加快調(diào)節(jié),減少誤差,但是過大的比例,使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降,甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 " t. x6 x8 z% v2 Y( G: I+ c5 ) q/ L& 積分調(diào)節(jié)規(guī)律的作用是：是使系

6、統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差,提高無差度。因?yàn)橛姓`差,積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行累加,直至無差,積分3 ?$ , r- _5 c) " N; G. v1 |" T調(diào)節(jié)停止,積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間常數(shù)Ti,Ti越小,積分作用就越強(qiáng)。反之Ti大則積分作用弱,加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,動態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律1 b  * s, 8 q! 7 結(jié)合,組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。. z7 I8 k# T0 " l& Z0 q- t微分調(diào)節(jié)規(guī)律的作用是：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率,具有預(yù)見性,能預(yù)見偏差變化的趨勢,因此

7、能產(chǎn)生超前的控制作用,在偏差還沒有形成之前,已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此,可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。/ y1 2 J3 p5 q" k( C6 C' O5 m1 M% e在微分時(shí)間選擇合適情況下,可以減少超調(diào),減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對噪聲干擾有放大作用,因此過強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié),對系統(tǒng)抗干擾不利。此外,微分反應(yīng)的是變化率,而當(dāng)輸入沒有變化時(shí),微分作用輸出為; X$ J8 W2 K2 N0 V+ W# z" 9 g零。微分作用不能單獨(dú)使用,需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合,組成PD或PID控制器。2.比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)規(guī)律的優(yōu)缺點(diǎn)分析比例調(diào)節(jié)規(guī)律優(yōu)點(diǎn):不改變輸入輸出波形形狀

8、，增益可調(diào)。余差大小與Kc成反比。缺點(diǎn):存在偏差，是有差調(diào)節(jié)，對于擾動較大，且慣性也較大的系統(tǒng)，若采用單純的比例調(diào)節(jié)，則很難兼顧動態(tài)和靜態(tài)特性。積分調(diào)節(jié)規(guī)律優(yōu)點(diǎn):可以消除偏差。缺點(diǎn):最初為0，隨著時(shí)間的增加而直線上升，故調(diào)節(jié)響應(yīng)慢。且積分作用過強(qiáng)時(shí)系統(tǒng)易不穩(wěn)定。微分調(diào)節(jié)規(guī)律優(yōu)點(diǎn):具有超前作用，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制品質(zhì)，并且使系統(tǒng)阻尼增加，降低振蕩程度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。可以大大減少系統(tǒng)的動態(tài)偏差及調(diào)節(jié)時(shí)間，從而改善了過程的動態(tài)品質(zhì)。缺點(diǎn):輸出只能反應(yīng)輸入變化速度，而對于一個(gè)固定不變的偏差，不管其數(shù)值多大，也不會有微分作用輸出；微分作用不能消除靜差，而只能在偏差剛出現(xiàn)的時(shí)刻產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。且微分作用過強(qiáng)時(shí)震蕩速度急劇加快，不利于穩(wěn)定。3.P,Ti,D變化對各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)的影響關(guān)系。1 隨著kc的增加，比例作用加強(qiáng),穩(wěn)態(tài)誤差與kc成反