控制系统的PID控制器设计.ppt

《控制系统的PID控制器设计.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、MATLAB与控制系统仿真第15章控制系统的PID控制器设计主要内容15.1PID控制器概述15.2PID控制器作用分析15.2.1比例控制作用举例分析15.2.2比例微分控制作用举例分析15.2.3积分控制作用举例分析15.2.4比例积分控制作用举例分析15.2.5比例积分微分控制作用举例分析主要内容(续)15.3PID控制器设计举例15.3.1PID控制器参数整定方法15.3.2PID控制器设计举例本章小结原理要点PID校正装置PID校正装置也称为PID控制器或PID调节器。这里P，I，D分别表示比例、

2、积分、微分。是最早发展起来的控制策略之一。PID校正装置的主要优点原理简单，应用方便，参数整定灵活。适用性强。在不同生产行业或领域都有广泛应用。鲁棒性强。控制品质对受控对象的变化不太敏感。如受控对象受外界扰动时，无需经常改变控制器的参数或结构。原理要点PID控制器分类主要有：比例控制比例微分控制积分控制比例积分控制比例积分微分控制原理要点PID控制器参数整定的方法主要可以分为理论计算和工程整定方法。理论计算即依据系统数学模型，经过理论计算来确定控制器参数；工程整定方法是按照工程经验公式对控制器参数进行整定。

3、这两种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整和完善。工程整定法中，Ziegler-Nichols方法是最常用的整定PID参数方法。15.1PID控制器概述典型的PID控制器结构框图PID控制器描述15.2PID控制器作用分析15.2.1比例控制作用举例分析注：演示例1对于如下受控对象，观察施加不同比例控制效果。分析：在控制系统的稳态性能指标一节中，我们知道，通过增大开环放大倍数而实施比例控制可以减小系统的静态误差，改善系统的稳态性能。但由根轨迹图可见，比例控制也会导致系统的相对稳定性变差，甚

4、至不稳定。观察本例受控对象的根轨迹图，可知当K>18时，系统将变得不稳定。当通过增大开环放大倍数来改善系统稳态性能的同时，也牺牲了系统的相对稳定性。因此，在系统校正设计中，一般不单独使用比例控制。15.2.2比例微分控制作用举例分析例2分析例2分析15.2.3积分控制作用举例分析例3分析积分控制给系统增加了积分环节，增加了系统类型号。因此，积分控制可以改善系统的稳态性能。但对已经串联积分环节的系统，再增加积分环节可能使系统变得不稳定。15.2.2比例微分控制作用举例分析15.2.2比例微分控制作用举例

5、分析例4分析15.2.5比例积分微分控制作用举例分析例5分析PID通过积分作用消除误差，而微分作用降低超调量、加快系统响应速度，综合了PI和PD控制各自的长处。实际工程中，PID控制器被广泛使用。15.3PID控制器设计举例15.3.1PID控制器参数整定方法基于时域响应的整定方法基于时域响应的整定方法Z-N时域整定法参数表基于频域法的整定方法基于频域法的整定方法15.3.2PID控制器设计举例本章小结PID分别表示比例、积分、微分。PID校正是最早发展起来的控制策略之一。PID校正装置有原理简单、适用性强

6、和鲁棒性强等特点。所以PID仍然在工业过程控制中得到最广泛的应用。PID控制器主要有比例控制，比例微分控制，积分控制，比例积分控制，比例积分微分控制等。本章小结(续)PID控制器参数整定的方法主要可以分为理论计算和工程整定方法。工程整定法中，Ziegler-Nichols方法是最常用的整定PID参数方法。所得到的控制器参数一般还需要在实际运行中进行最后调整和完善。15.3PID控制器设计举例由前几节分析，PID控制器参数整定是控制器设计的核心内容，即对PID控制器的、、参数的确定。15.3.1PID控制器参

7、数整定方法PID控制器参数整定的方法主要可以分为理论计算和工程整定方法。理论计算即依据系统数学模型，经过理论计算来确定控制器参数；工程整定方法是按照工程经验公式对控制器参数进行整定。这两种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整和完善。工程整定法中，Ziegler-Nichols方法是最常用的整定PID参数方法。本文即以此为例介绍PID控制器的设计。1.Ziegler-Nichols经验整定公式如图所示的S型曲线是很多系统都具有的一种性质。可以近似地认为它是以下传递函数的阶跃响应曲线：实际控制

8、系统中，尤其对于一些无法用机理方法进行建模的生产过程，大量的系统可用此模型近似。在此基础上，可分别用时域法和频域法对模型参数进行整定。以下讨论对应于控制器传递函数2.基于时域响应的整定方法基于时域响应的整定方法有2种：(1)得到系统时域响应如图15.13，由图可确定k，L，T，并计算。之后就可按照表15.1计算不同控制器的参数。(2)将系统设为只有比例控制的闭环系统，当增大到时系统能产生等幅振荡，如图15.14所