控制系统CAD——基于MATLAB语言 基于Simulink的PID控制算法研究.doc

大连理工大学城市学院 控制系统CAD——基于MATLAB语言 基于Simulink的PID控制算法研究 学 院： 专 业： 1 姓 名： 学 号： 完成日期： 一：实验目的： 1.掌握MATLAB软件的Simulink平台的基本操作； 2.能够利用Simulink平台研究PID控制器对系统的影响； 二：实验原理： PID（比例-积分-微分）控制器是目前在实际工程中应用最为广泛的一种控制策略。PID算法简单实用，不要求受控对象的精确数学模型。 比 例 积 分 微 分 对象模型 PID控制器 r(t) y(t) u(t) e(t) 图1 典型PID控制结构 三：实验内容： 某直流电动机速度控制系统如图2所示，采用PID控制方案，使用期望特性法来确定,和这3三个参数。期望系统对应的闭环特征根为：-300，-300，-30+j30和-30-j30。请建立该系统的Simulink模型，观察其单位阶跃响应曲线，并且分析这3个参数分别对控制性能的影响。 —— —— + PID Gc G1 G2 G3 G4 5.3 转速控制器 晶闸管整流器 直流电动机 传动装置 电动势系数 0.012 测速反馈系数 转速给定 + 转速 图3 直流电动机PID控制系统 图2直流电动机PID控制系统的Simulink仿真模型 分析比例系数对控制性能的影响： 在和保持不变的情况下，分别取值0.5，5和20， 改变时的系统响应曲线图。 a） b） c） 分析积分系数对控制性能的影响 在和保持不变的情况下，分别取值20，120，300， 改变时的系统响应曲线 a) b) c) 分析微分系数对控制性能的影响 在和保持不变的情况下，分别取值0.01，0.07，0.2，系统的响应曲线如图7所示。可见，当取值较小时系统响应对变化趋势的调节较慢。超调量较大。而当取值较大时系统的响应进入稳态的速度较快。但是超调量增加。当取值过大时，对变化趋势的调节过强，阶跃响应的初期出现尖脉冲。 a) b) c) 四、实验结论： P、I、D控制参数的改变对系统控制效果的影响： 1、比例系数Kp对系统性能的影响： （1）对系统的动态性能影响：Kp加大，将使系统响应速度加快，Kp偏大时，系统振荡次数增多，调节时间加长；Kp太小又会使系统的响应速度缓慢。 （2）对系统的稳态性能影响：在系统稳定的前提下，加大Kp可以减少稳态误差，但不能消除稳态误差。因此Kp的整定主要依据系统的动态性能。 2、积分时间Ti对系统性能的影响： 积分控制通常和比例控制或比例微分控制联合作用，构成PI控制或PID控制。 （1）对系统的动态性能影响：积分控制通常影响系统的稳定性。Ti太小，系统可能不稳定，且振荡次数较多；Ti太大，对系统的影响将削弱；当Ti较适合时，系统的过渡过程特性比较理想。? （2）对系统的稳态性能影响：积分控制有助于消除系统稳态误差，提高系统的控制精度，但若Ti太大，积分作用太弱，则不能减少余差。 3、微分时间TD对系统性能的影响： 积分控制通常和比例控制或比例积分控制联合作用，构成PD控制或PID控制。 （1）对系统的动态性能影响：微分时间Td的增加即微分作用的增加可以改善系统的动态特性，如减少超调量，缩短调节时间等。适当加大比例控制，可以减少稳态误差，提高控制精度。但Td值偏大或偏小都会适得其反。另外微分作用有可能放大系统的噪声，降低系统的抗干扰能力。? （2）对系统的稳态性能影响：微分环节的加入，可以在误差出现或变化瞬间，按偏差变化的趋向进行控制??它引进一个早期的修正作用，有助于增加系统的稳定性。