【《挖掘机工作装置PID控制器的设计案例》1400字】

第挖掘机工作装置PID控制器的设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u16645挖掘机工作装置PID控制器的设计案例 1202911.1PID控制器概述 135241.2Simulink中调试控制器 1129981.2.1P作用下的控制系统仿真 234921.2.2PI作用下的控制系统仿真 374391.2.3PID作用下的控制系统仿真 4219341.3仿真过程报错解决办法 61.1PID控制器概述PID控制器（ProportionIntegrationDifferentiation），由比例环节、积分环节和微分环节组成，在实际控制过程中，控制器不断改变kp、Ki、Kd，PID控制系统可以将其看做闭环负反馈控制，其控制原理框图如图1.1所示。图1.1PID控制系统框图在PID控制中，kp、ki和kd的相互作用是互补的。如果比例常数、积分常数和微分常数设置正确，可以达到较好的控制效果。1.2Simulink中调试控制器运行Simulink并搭建基于控制对象的PID控制系统，控制系统框图如图1.2所示。设置输入信号为10的阶跃，示波器采集输入PID控制器的前后信号。图1.2控制系统方框图1.2.1P作用下的控制系统仿真图1.3P作用下的控制系统打开封装好的PID控制器模型，将P设置为10，其余参数设置为0，运行系统并进行仿真实验，得到的结果如图1.3所示。由仿真数据可以看出仅有P作用下的控制系统没能消除稳态误差，同时输出曲线与误差的曲线相比较存在着固定的比例关系。同时调整P参数，将其扩大为100，如图1.4所示，可以看到控制器输出上下限更大，达到稳定状态是的余差更小，达到稳定状态的振荡周期也变短。然而，随着P的增加，系统的稳定性也降低，可以描述为从衰减振动到临界振动的转变过程，直到发散振荡。图1.4放大P参数后的仿真结果1.2.2PI作用下的控制系统仿真复制控制系统，修改新创建的控制系统PID控制器的P为10，I为5。接入Mux模块实现两个系统的仿真效果对比，搭建的系统如图1.5所示。运行Simulink，得到的仿真结果如图1.6所示。仿真结果表明，与p控制相比，pi控制去除了稳态误差，但系统的超调和稳定时间大于p控制下的控制系统。图1.5更新后的控制系统图1.6对比仿真结果在控制系统中，若保持控制器的比例系数不变，改变积分常数为7。从图1.7中可以看出，积分时间对过渡过程的影响是具有两重性的:积分效果增大时，在相同的干扰下控制器的输出增加，最大偏差减少，余留消除加快。然而，同时，系统的振动变得激烈，稳定性降低，系统的不稳定性也发生。在比例控制系统中，通过添加积分函数会降低系统的稳定性。因此，为了维持本来的稳定性，需要根据积分常数适当地调整比例常数。这样，系统的振荡周期、控制时间和最大偏差变大。积分作用的引人，一方面起到了消除余差的作用，而另一方面却对控制系统的其他品质指标造成负面影响。图1.7修改参数后的仿真结果1.2.3PID作用下的控制系统仿真同理可搭建PID参数分别为10,5,3的控制系统，Simulink中搭建的模型如图1.8所示。运行得到的仿真结果如图1.9。根据仿真结果可以看出相比于前两种仿真结果，该控制器的超调量较小，稳定时间也较短。图1.8组合控制系统图1.9PID控制系统仿真结果对于大惯性的被控对象，如果能根据被控对象的变化率提前确定控制策略，而不是等待反馈。可以说该控制器具有良好的可预测性，可做到提前控制。因此在控制系统中适当调整微分参数可以全面改善控制系统的品质指标。三种控制系统使用Mux总线输出到一个示波器中实现控制结果仿真对比，如图1.10所示。由仿真结果不难看出，由于微分项对于突变特别敏感，因此在真实状况下，系统可能无法输出仿真情况下的值。图1.10三种控制系统仿真输出1.3仿真过程报错解决办法搭建控制系统，并对其进行单独仿真的过程中，程序采用默认求解模式都可以正常运行。将三种控制系统放入一个Simulink模型中并计划用Mux总线实现三种控制方案对比时，出现了如图1.11所示的报错界面。