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1、第15章控制系统的PID控制器设计第8讲控制系统的PID控制器设计第15章控制系统的PID控制器设计PID控制器：PID校正装置。P,I,D分别表示比例(Proportional)、积分(Integral)、微分(Derivative)。PID控制器的常见类型：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。PID控制器参数的整定方法：理论计算法和工程整定法。PID控制器的优点：原理简单，应用方便，参数整定灵活；适用性强，在不同行业和领域都有广泛应用；鲁棒性强，控制品质对受控对象的变化不敏感。第15章控制系统的PID控制器设计15.1PID控制器的控制原理与数学描述典
2、型的PID控制器结构框图如图15.1所示。第15章控制系统的PID控制器设计P-比例I-积分D-微分受控对象+-+++r(t)e(t)u(t)c(t)PID控制器图15.1PID控制器结构框图PID控制器原理：通过对误差信号e(t)进行比例、积分、微分运算和结果的加权处理，得到控制器的输出u(t)，作为控制对象的控制值。PID控制器的数学模型可表达为：式中KP、KI、KD为常数。设计者的任务是如何恰当地组合各个环节，设计不同的参数KP、KI、KD，以使系统满足所要求的性能。第15章控制系统的PID控制器设计15.2PID控制器作用分析15.2.1比例控制（P）作用举例分析【例15-1】
3、对受控对象观察施加不同比例控制的效果。第15章控制系统的PID控制器设计第15章控制系统的PID控制器设计clearallcloseallclfnum=[1212];den=conv([121],[12]);rlocus(1,den)figure;forii=1:3G0=tf(num(ii),den);step(feedback(G0,1));holdonendholdoffgtext('Kp=1');gtext('Kp=2');gtext('Kp=12');第15章控制系统的PID控制器设计15.2.2比例微分控制（PD）作用举例分析【例15-2】对受控对象观察施加比例微分控制Gc(
4、s)=KP+KDs后的控制效果。令KD=τKP，则Gc(s)=KP+KDs=KP(1+τs)。设KP=10,τ=[0.10.21]。第15章控制系统的PID控制器设计第15章控制系统的PID控制器设计clearallcloseallclfKp=10;tau=[0.10.21];den=[100];forii=1:3G0=tf([Kp*tau(ii)Kp],den);step(feedback(G0,1));holdonendholdoffgtext('tau=0.1');gtext('tau=0.2');gtext('tau=1');第15章控制系统的PID控制器设计第15章控制系统的
5、PID控制器设计%观察使用比例微分控制器前后系统根轨迹的变化clearallcloseallclfden=[100];rlocus(1,den)title('校正前系统的根轨迹');figure;num1=[0.11];den1=[100];rlocus(num1,den1)title('校正后系统的根轨迹，取tau=0.1');第15章控制系统的PID控制器设计15.2.3积分控制（I）作用举例分析【例15-3】对受控对象观察施加积分控制Gc(s)=KI/s=1/s后的控制效果。第15章控制系统的PID控制器设计第15章控制系统的PID控制器设计clearallcloseallcl
6、fnum1=[1];den1=[41];G01=tf(num1,den1);step(feedback(G01,1));title('校正前系统单位阶跃响应曲线');figure;Gc1=tf([1],[10]);step(feedback(G01*Gc1,1));title('校正后系统单位阶跃响应曲线');第15章控制系统的PID控制器设计15.2.4比例积分控制（PI）作用举例分析【例15-4】对受控对象观察施加比例积分控制Gc(s)=KP+KI/s后的控制效果。比例积分控制模型取KP为定值，观察当KI取不同值时的控制效果。第15章控制系统的PID控制器设计第15章控制系统的PI
7、D控制器设计%取KP=1，KI=[0.10.82]clearallcloseallclfKp=1;Ki=[0.10.82];num=[1];den=[41];G0=tf(num,den);forii=1:3Gc=tf([KpKi(ii)],[10]);G=G0*Gc;step(feedback(G,1));holdonendholdoffgtext('Ki=0.1');gtext('Ki=0.8');gtext('Ki=2');第15章控制系统
