控制系统CAD - 基于MATLAB语言 基于Simulink的PID控制算法研究-

1、大连理工大学城市学院控制系统CAD基于MATLAB语言基于Simulink的PID控制算法研究学院:专业:1姓名:学号:完成日期:一:实验目的:1.掌握MATLAB 软件的Simulink 平台的基本操作;2.能够利用Simulink 平台研究PID 控制器对系统的影响;二:实验原理:PID (比例-积分-微分控制器是目前在实际工程中应用最为广泛的一种控制策略。PID 算法简单实用,不要求受控对象的精确数学模型。图1典型PID 控制结构三:实验内容:某直流电动机速度控制系统如图2所示,采用PID 控制方案,使用期望特性法来确定P K ,IK 和DK 这3三个参数。期望系统对应的闭环特征根为:-

2、300,-300,-30+j30和-30-j30。请建立该系统的Simulink 模型,观察其单位阶跃响应曲线,并且分析这3个参数分别对控制性能的影响。 测速反馈系数图3直流电动机PID 控制系统比例积分微分对象模型PID 控制器r(ty(tu(te(t 图2直流电动机PID 控制系统的Simulink 仿真模型(1分析比例系数PK 对控制性能的影响:在119.34I K =和0.067D K =保持不变的情况下,PK 分别取值0.5,5和20,改变PK 时的系统响应曲线图。a 0.5P K =b 5P K =c 20P K = (2分析积分系数IK 对控制性能的影响在0.067D K =和4

3、.4156P K =保持不变的情况下,IK 分别取值20,120,300,改变IK 时的系统响应曲线a20I K =b120I K =c300 IK （3） 分析微分系数 在 KD 对控制性能的影响 保持不变的情况下， K P = 4.4156 和 K I = 119.34 KD 分别取值 0.01，0.07，0.2，系 统的响应曲线如图 7 所示。可见，当 量较大。而当 KD 取值较小时系统响应对变化趋势的调节较慢。超调 KD 取值较大时系统的响应进入稳态的速度较快。但是超调量增加。当 KD 取 值过大时，对变化趋势的调节过强，阶跃响应的初期出现尖脉冲。 a b c K D = 0.01 K

4、 D = 0.07 K D = 0.2 四、实验结论： P、I、D 控制参数的改变对系统控制效果的影响： 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：Kp 加大，将使系统响应速度加快，Kp 偏大时，系统振荡 次数增多，调节时间加长；Kp 太小又会使系统的响应速度缓慢。 （2）对系统的稳态性能影响：在系统稳定的前提下，加大 Kp 可以减少稳态误差，但不 能消除稳态误差。因此 Kp 的整定主要依据系统的动态性能。 2、积分时间 Ti 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。 （1）对系统的动态性能影响：积分控制通常

5、影响系统的稳定性。Ti 太小，系统可能不 稳定，且振荡次数较多；Ti 太大，对系统的影响将削弱；当 Ti 较适合时，系统的过渡过程 特性比较理想。 （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 Ti 太大，积分作用太弱，则不能减少余差。 3、微分时间 TD 对系统性能的影响： 积分控制通常和比例控制或比例积分控制联合作用，构成 PD 控制或 PID 控制。 （1） 对系统的动态性能影响： 微分时间 Td 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 Td 值偏大或偏小都会适得其反。另外微分作用有可能放大系统的噪声，降低系 统的抗