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PID控制器仿真設(shè)計報告學 院:機電工程學院專業(yè):電氣工程及其自動化組員:黃金玉1300120209 :蔡旭健1300120206 :張臏僑1300120133

仿真設(shè)計題b(學號尾數(shù)5-9)有一被控對象傳函為:請為其設(shè)計一個PID調(diào)節(jié)器,該對象接受調(diào)節(jié)器輸出的范圍為-1~1,在SIMULINK里進行仿真,觀察飽和現(xiàn)象帶來的超調(diào),然后使用積分分離法改進你的PID調(diào)節(jié)器,比較改進前后的結(jié)果?;赟IMULIK的仿真建模PID控制器(ProportionIntegrationDifferentiation.比例-積分-微分控制器),由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成。通過Kp,Ki和Kd三個參數(shù)的設(shè)定。PID控制器主要適用于基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)。通過把收集到的數(shù)據(jù)和一個參考值進行比較,然后把這個誤差用于計算新的輸入值,這個新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達到或者保持在參考值。PID控制器可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來調(diào)整輸入值,這樣可以使系統(tǒng)更加準確,更加穩(wěn)定。圖1PID控制系統(tǒng)原理圖PID控制器數(shù)學模型:傳遞函數(shù)可表示為:實驗過程:搭建系統(tǒng)圖2PID控制器采用臨界比例法整定PID參數(shù),其實現(xiàn)步驟:把積分器微分器斷開,得到一個純比例調(diào)節(jié)系統(tǒng),Kp=1逐步增大Kp使輸出產(chǎn)生振蕩,直至獲得等幅震蕩,如圖所示此時的比例系數(shù)為臨界比例記為kr=2.33,及臨界周期值為Tr=1.55s根據(jù)zigeler-nigolas經(jīng)驗公式計算出各參數(shù)的整定值:Kp=0.6*kr=1.398;ki=(6*kr)/(5*Tr)=1.80;kd=(3*kr*Tr)/40=0.271依照計算出的參數(shù)對模塊進行參數(shù)設(shè)定3、將仿真時間設(shè)定為50,開始仿真得到波形(未加積分分離):圖3PID控制器輸出積分分離從圖3中不難發(fā)現(xiàn),PID控制系統(tǒng)中,若積分作用太強,會使系統(tǒng)產(chǎn)生過大的超調(diào)量,振蕩劇烈,且調(diào)節(jié)時間過長,為了克服這個缺點,我們采用積分分離的方法,即在系統(tǒng)誤差較大時,取消積分作用,在誤差減小到一定值后,再加上積分作用。這樣就可以即減小了超調(diào)量,改善動態(tài)特性,又保持了積分作用。PID積分分離改進方法在過程的啟動、結(jié)束或大幅度增減設(shè)定值時,短時間內(nèi)系統(tǒng)輸出有很大的偏差,會造成PID運算的積分積累。由于系統(tǒng)的慣性和滯后,在積分累積項的作用下,往往會產(chǎn)生較大的超調(diào)和長時間的波動。解決方案:(1)根據(jù)具體系統(tǒng),人為設(shè)定閾值Δ>0;(2)當|e(k)|>Δ時,采用PD控制;(3)|當e(k)|<Δ時,采用PID控制;積分分離控制算法可表示為:其中,Ts為采樣時間,α為積分項的開關(guān)系數(shù):α=1,|e(k)|<0;α=0,|e(k)|>0;積分分離PID控制算法的程序框圖如圖1所示。圖4PID積分分離控制算法流程圖1.在Simulink中實現(xiàn)積分分離模塊的搭建圖5PID積分分離模塊1.將仿真時間設(shè)定為50,ManualSiwtch開關(guān)撥到積分分離模塊一側(cè)開始仿真并得到波形(得到積分分離法與未用積分分離法的對比):圖6積分分離式PID控制器輸出四、仿真結(jié)果分析比較從圖中可以明顯看出加了積分分離的系統(tǒng)的階躍響應(yīng)的超調(diào)量明顯減小,動態(tài)性能有所改善。原因在于,加入積分分離環(huán)節(jié)后,在調(diào)節(jié)開始時,比例環(huán)節(jié)占主導,積分環(huán)節(jié)被

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