距离控制系统的PID控制个人报告 张春峰.doc

机电系统计算机控制 距离控制系统的PID控制器设计及参数整定研究报告 姓 名：张春峰 学 号：100101010226 班 级：10机控1班 学 院：机械工程学院 指导老师：刘思远6 一 PID控制的应用研究现状及其在液压系统中的应用现状 调节器及其改进型是在工业控制中最常见的控制器。PID控制中的一个关键的问题便是PID对参数的整定，使PID控制系统达到所期望的控制性能。但是在实际应用中，许多被控过程机理复杂具有高度非线性，时变不确定性和纯滞点等特点，特别是在噪声，负载扰动等因素的影响下，过程参数甚至模型结构均会随时间的工作环境变化而变化。 DES-BOROUGH和MILLER在2002年一次统计报告中指出，目前美国有超过11600个具有PID控制器结构的调节器广泛应用于工业控制领域，有超过97%的反抗回路采用了PID控制算法，甚至在一些复杂的控制律中，其基本控制层采用的仍然是PID控制算法。然而，只有近1/3的PID 控制器在实际应用过程中取得了令人满意的控制效果，有2/3的PID控制系统的控制性能达不到用户所期望的要求，这给控制理论研究和永远带来了前所未有的机遇和挑战当今，在工业、国防等自动化领域，液压伺服系统以其重量轻、体积小、产生力矩大等优点而得到广泛应用。但由于漏油、油液污染等因素影响，液压伺服系统中普遍存在参数时变、非线性尤其是阀控动力机构流量非线性等现象。随着对控制精度要求的提高，对液压伺服控制技术也提出了越来越高的要求。传统PID控制很难达到满意的控制效果，针对这一问题，近年来出现了许多不同的现代控制策略，如神经网络控制、自适应控制、模糊控制、预测控制等。这些控制方法在理论上取得很大进步，但是在液压伺服控制中还有一些实际问题需要解决。模糊控制不需要被控对象的精确数学模型，并且可以引入专家经验，因此有较好的实用性。但单独使用模糊控制不易消除稳态误差，且对控制器运算性能要求较高2，而PID算法简单又可以较好的消除稳态误差。对此，本文采用模糊控制与PID控制结合，利用模糊控制实时修正PID参数，提高了系统的控制精度和鲁棒性，有较好的实用性。二各类控制器对系统动态响应特性的影响 1、P控制器对系统动态性能的影响比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。比例调节器对偏差是及时反映的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数Kp。加大比例系数Kp可以减小稳态误差，但是，Kp过大会使系统的动态质量变坏，会引起系统的不稳定。2、PI控制器对系统动态性能的影响在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。积分控制的作用：按误差累加进行控制，积分作用能最终消除稳态误差，同时带来系统延时，动态响应变慢，而且积分太强会引起系统超调加大，甚至出现震荡。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。3、PID控制器对系统动态性能的影响在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。微分时间 D 是根据差值信号变化的速率，提前给出一个相应的调节动作，从而缩短了调节时间，克服因积分时间过长而使恢复滞后的缺陷。按误差变化趋势进行控制，微分作用可以减少超调量，克服振荡，提高系统稳定性。同时提高响应速度，改善动态性能。PID控制器调节适当可以充分提高系统的快速性、稳定性、准确性。4、PID的调节试凑法首先只整定比例部分。比例系数由小变大，观察相应的系统响应，直到得到反应快，超调小的响应曲线。系统无静差或静差已小到允许范围内，并且响应效果良好，那么只须用比例调节器即可，最优比例系数可由此确定。 若静差不能满足设计要求，则须加入积分环节。整定时首先置积分时间TI为一较大值，并将经第一步整定得到的比例系数略为缩小(如缩小为原值的08倍)，然后减小积分时间，使在保持系统良好动态性能的情况下，静差得到消除。在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复改变比例系数与积分时间，以期得到满意的控制过程与整定参数。若使用比例积分调节器消除了静差，但动态过程经反复调整仍不能满意，则可加入微分环节，构成比例积分微分调节器。在整定时，可先置微分时间TD为零。在第二步整定的基础上，增大TD，同时相应地改变比例系数和积分时间，逐步凑试，以获得满意的调节效果和