某二阶系统的PID控制器设计与及参数整定Word格式.docx

1、1.3对给定的系统进行 PID 控制调节 81.4收获与感想 111.1 PID 控制的应用现状 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为 比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。 PID控制器问世至今已有近 70年历史，它以其结构简单、 稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要 技术之一。从理论角度而言， PID 控制是 20 世纪 40 年代开始的 调节原理的一种典型代表。 PID 控制再世纪控制工程中应 用最广，据不完全统计，在工业过程控制、航空航天控 制等领域中， PID 孔的应用占 80%以上。尽管 PID 控制已 经写入经典教科书，然而由于 PID 控制的

2、简单与良好的应用效果，人们仍在不断研究 PID 控制器各种设计方法（包括各种自适应调节、最优化方法）和未来潜力。由于液压控制系统大功率、高控制精度、技术成熟 等特点，在要求精度高的重型机械机构中得到了广泛应 用。在现实工业中比例伺服阀与 PID 控制器的结合，使 得液压控制对于位移、速度、压力等的控制获得更加良 好的效果。1.2 PID 控制器各个参数对系统系能的影响1.2.1比例系数Kp对系统性能的影响（1） 对系统的动态性能影响： 心加大，将使系统响应速度加快，心偏大时，系统振荡次数增多，调节时间 加长；心太小又会使系统的响应速度缓慢。 心的选择以输出响应产生4:1衰减过程为宜。（2）对系

3、统的稳态性能影响： 在系统稳定的前提下， 加大心可以减少稳态误差，但不能消除稳态误差。因此心 的整定主要依据系统的动态性能。调节P的大小对系统动态性能影响如图。由图可见，当Kp加大时，可是系统动作灵敏，速度加快，在系统稳 定的前提下，系统的稳态误差将减小，却不能完全消除 系统的稳态误差。 Kp 偏大时，系统的震荡次数增多，调 节时间增长。Kp太大时，系统会趋于不稳定。1.2.2 积分系数 K1 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。对于合适的 k1 值， 可以减小系统的超调量，提高了稳定性，引入积分环节 的代价是降低系统的快速性。（

4、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 k1 太大，系 统可能会产生震荡，影响系统的稳定性。1 611 4StepL2q.s.e1 o o4 之 o o由此可见，积分作用能够消除稳态误差，提高控制 精度，系统积分作用的引入通常使系统的稳定性下降， K1太大时系统将不稳定，K1偏大时系统的震荡次数较多 123微分系数K2对系统性能的影响（1）对系统的动态性能影响：微分系数 K2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 K2值偏大或偏小都会适得 其反。另外微分

5、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。微分控制经常与比例控制或积分控制联合使用。引入微分控制可以改善系统的动态特性，当 K2偏小时，超调量较大，调节时间也较长；当 K2合适时可以提高系统 响应速度，提高系统稳定性。1.3对给定的系统进行PID控制调节通过改变不同的参数，便可得到在不同参数情况下的系统响应，而且以一个清晰的图像表示出来。Time （sec）首先取比例系数 Kp=30系统响应如图。由图中可以 看出，系统响应较快，满足系统的

6、要求，但是稳态误差 较大，需要引入积分环节，进行 PI调节。Timo （secj取比例系数 Kp=30, K1=0.4系统响应如图。由图可 以看出，系统的稳态误差已经达到要求，但是系统的超 调量较大，震荡次数较多，调整时间较长，需要引入微 分环节，进行PID调节。取Kp=35, K1=0.4 , K2=15系统响应如图。由图可以看出，系统的超调量小于 2%,调整时间小于 0.2s，稳态误差小于5%,很好的满足了系统的要求。PID 控制器的参数必须根据工程问题的具体要求来考虑。在工业过程控制中，通常要保证闭环系统稳定，对给定量的变化能迅速跟踪，超调量小。在不同干扰下输出应能保持在给定值附近，控制

7、量尽可能地小，在系统和环境参数发生变化时控制应保持稳定。一般来说，要同时满足这些要求是很难做到的，必须根据系统的具体情况，满足主要的性能指标，同时兼顾其它方面的要求。在选择采样周期 T 时，通常都选择 T 远远小于系统 的时间常数。因此，PID参数的整定可以按模拟控制器的 方法来进行。1.4 收获与感想通过这次的课程三级项目，我更加深入的了解了 PID 的控制机理，单纯的学习课本上的理论知识，我们只能 大概的了解它的机理，但是其深层含义却无法体会，这 次通过 matlab 程序仿真，通过一次一次的参数整定，了 解到每一个参数的变化对系统行性能的影响，这样从实 际中了解到这些知识，才能更加领会其中的真正机理， 为以后的 PID 设计工作打下坚实的基础。通过这次的三级项目，我感到我还有许多工程软件的 使用不太熟悉，在接下来的时间里，我要加强这方面的 学习，只有好好的掌握了每一个工程软件的使用方法， 它们才能更好的为我们的工程分析服务，才能够给我们 的设计提高可靠的理论根据。