线性系统的根轨迹-自动控制.doc

实验四·线性系统的根轨迹 实验目的 1．了解PID控制器中P、I、D三种基本控制作用对控制系统性能的影响。 2．进行PID控制器参数工程整定技能训练。 simulink 中PID的试凑法： 按的顺序调节。 （1）先调：取消微分和积分的作用，让由小到大变化，观查系统的响应。 （2）调Ti：使略下降一点（如降至原来的80%，因加入积分会使系统稳定性下降，故用减小进行补偿），由大到小（积分作用由弱到强）。 （3）调：使略提升一点（因微分引入，使稳定性提高一些，故Kp可略增大），Td由小到大（微分作用由弱到强）。 实验内容及分析 1. 利用命令文件对上述系统进行分析 (1)比例调节作用分析 考查、、时对系统阶跃响应给定的影响。 G1=tf(1,[0.017 1]); G2=tf(1,[0.075 0]); G12=feedback(G1*G2,1); G3=tf(44,[0.00167 1]); G4=tf(1,0.1925); G=G3*G12*G4; Kp=[1:1:5]; for i=1:length(Kp) %中间的“1”为步长 Gc=feedback(Kp(i)*G,0.01178); Step(Gc),hold on %当前图形保存 end gtext(1 Kp=1), gtext(2 Kp=2), gtext(3 Kp=3), gtext(4 Kp=4), gtext(5 Kp=5), 可看出，随着的加大，超调量加大，系统响应速度加快。 (2)积分调节作用分析 为使分析方便，保持，取时对系统阶跃响应给定的影响。 G1=tf(1,[0.017 1]); G2=tf(1,[0.075 0]); G12=feedback(G1*G2,1); G3=tf(44,[0.00167 1]); G4=tf(1,0.1925); G=G3*G12*G4; Kp=1; Ti=[0.03:0.01:0.07]; for i=1:length(Ti) Gc=tf(Kp*[Ti(i) 1],[Ti(i) 0]); 比例积分环节 Gcc=feedback(G*Gc,0.01178); Step(Gcc),hold on end gtext(1 Ti=0.01), gtext(2 Ti=0.02), gtext(3 Ti=0.03), gtext(4 Ti=0.04), gtext(5 Ti=0.05), 可看出：随着的加大，超调量减小，系统响应速度略变慢，稳态误差减小。 (3)微分调节作用分析 为使分析方便，保持，时，考查（步长为36）对系统阶跃响应给定的影响。 此时PID调节的传递函数变形为： G1=tf(1,[0.017 1]); G2=tf(1,[0.075 0]); G12=feedback(G1*G2,1); G3=tf(44,[0.00167 1]); G4=tf(1,0.1925); G=G3*G12*G4; Kp=0.01; Ti=0.01; Td=[12:36:84]; for i=1:length(Td) Gc=tf(Kp*[Ti* Td(i) Ti 1],[Ti 0]); 比例-积分-微分环节 Gcc=feedback(G*Gc,0.01178); Step(Gcc),hold on end gtext(1 Td=12), gtext(2 Td=48), gtext(3 Td=84), 第一，因微分环节的作用，在曲线的起始上升段出现尖锐的波峰，之后曲线也呈衰减振荡；第二，随着Td的增大，超调量增大，但经尖锐的起始上升段后系统响应速度有所减慢。 利用sumilink方法对上述系统进行分析 画出系统框图如下： (1)比例调节作用分析 考查、、0.1，1，2，3时对系统阶跃响应给定的影响。 可看出，随着的加大，超调量加大，系统响应速度加快。 (2)积分调节作用分析 为使分析方便，保持，取时对系统阶跃响应给定的影响。 可看出：随着的加大，超调量减小，系统响应速度略变慢，稳态误差减小。 (3)微分调节作用分析 为使分析方便，保持，时，考查（步长为36）对系统阶跃响应给定的影响。 第一，因微分环节的作用，在曲线的起始上升段出现尖锐的波峰（图中画圈部分），之后曲线也呈衰减振荡；第二，随着Td的增大，超调量增大，但经尖锐的起始上升段后系统响应速度有所减慢。 实验结果与心得 从上述实验中可以看出，在整定中三个参数——PID——互补，参数的选定并不是唯一的，一个参数的减少往往可由其它参数来补偿，不同的参数组合完全可能得到相同的控制效果。所以在实际情况下，某一个或某两个参数被确定的情况下，要改