距离控制系统的PID控制器设计及参数整定

距离控制系统的PID控制器设计及参数整定班级：机控一班学生：祁焕英李晔明刘玉龙谷龙张春峰项目目的：学习和掌握PID控制算法、参数整定方法等理论和公式。在SIMULINK软件系统仿真的应用中，掌握PID控制器参数的设计方法。分析PID控制器中比例系数、积分时间与微分时间对系统性能的影响。项目要求：1)查阅相关文献，综述PID控制的应用研究现状，特别体现在液压系统中的应用现状；2)分析每种类型控制器（P,PI,PID）对系统动态响应特性的影响；3)通过调节P,I,D三种系数的大小观察并解析动态响应曲线的变化，利用试凑法调节系统的动态响应特性。PID控制的应用研究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设计满足要求：（1）控制器为P控制器时，改变比例系数大小，分析其对系统性能的影响并绘制相应曲线。（2）控制器为PI控制器时，改变积分时间常数大小，分析其对系统性能的影响并绘制相应曲线。(例如当kp=50时，改变积分时间常数)（3）设计PID控制器，选定合适的控制器参数，使闭环系统阶跃响应曲线的超调量σ%20%，过渡过程时间Ts2s,并绘制相应曲线三设计内容已知摩托车距离控制系统中，输入为理想距离，输出为实际距离，通过传感器反馈距离信息，摩托车内部发动机等地固有传递函数为：试设计控制器。21()1020Gsss设计过程1.控制器为P控制器时，改变比例系数大小P控制器的传递函数为：改变比例系数大小，得到系统的阶跃响应曲线()PPGsK仿真结果表明：随着Kp值的增大，系统响应超调量加大，动作灵敏，系统的响应速度加快。Kp偏大，则振荡次数加多，调节时间加长。随着Kp增大，系统的稳态误差减小，调节应精度越高，但是系统容易产生超调，并且加大Kp只能减小稳态误差，却不能消除稳态误差。程序：num=[1];den=[1225];sys=tf(num,den);forKp=[1,10:20:50]y=feedback(Kp*sys,1);step(y);holdongtext(num2str(Kp));end2.控制器为PI控制器时，改变积分时间常数大小（为定值）PI控制器的传递函数为：11()PIPIGsKTs改变积分时间常数大小，得到系统的阶跃响应曲线仿真结果表明：Kp=50，随着Ti值的加大，系统的超调量减小，系统响应速度略微变慢。相反，当Ti的值逐渐减小时，系统的超调量增大，系统的响应速度加快。Ti越小，积分速度越快，积分作用就越强，系统震荡次数较多。PI控制可以消除系统的稳态误差，提高系统的误差度。程序num=[1];den=[1225];Kp=50;sys=tf(num,den);forTi=1:2:7PI=tf(Kp*[Ti1],[Ti0]);y=feedback(PI*sys,1);step(y,8)holdongtext(num2str(Ti));end3.控制器为PID控制器时，改变微分时间常数大小（，）PID控制器的传递函数为，改变微分时间常数大小，得到系统的阶跃响应曲线11()PIDPDIGsKTsTs仿真结果表明：Kp=50、Ti=0.15，随着Td值的增大，闭环系统的超调量减小，响应速度加快，调节时间和上升时间减小。加入微分控制后，相当于系统增加了零点并且加大了系统的阻尼比，提高了系统的稳定性和快速性。程序Num=[1];den=[1225];sys=tf(num,den);Kp=50;Ti=0.15;forTd=[0.1,0.15,0.2]PID=tf(Kp*[Ti*Td,Ti,1],[Ti,0]);y=feedback(PID*sys,1);step(y,10)holdongtext(num2str(Td));end4.选定合适的控制器参数，设计PID控制器根据上述分析，Kp=50，Ti=0.15；Td=0.2，可使系统性能指标达到设计要求。经计算，超调量，过渡过程时间满足设计要求。系统的阶跃曲线如下图4.选定合适的控制器参数，设计PID控制器根据上述分析，Kp=50，Ti=0.15；Td=0.2，可使系统性能指标达到设计要求。经计算，超调量，过渡过程时间满足设计要求。系统的阶跃曲线如下图程序：num=[1];den=[1225];sys=tf(num,den);Kp=50;Ti=0.15;Td=0.2PID=tf(Kp*[Ti*Td,Ti,1],[Ti,0]);y=feedback(PID*sys,1);step(y,10)四设计小结PID参数的整定就是合理的选取PID三个参数。从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态误差等方面考虑问题，三参数作用如下：比例调节作用：成比例地反映系统的偏差信号，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生与其成比例的调节作用，以减小偏差。随着Kp增大，系统的响应速度加快，系统的稳态误差减小，调节应精度越高，但是系统容易产生超调，并且加大Kp只能减小稳态误差，却不能消除稳态误差。比例调节的显著特点是有差调节。积分调节作用：消除系统的稳态误差，提高系统的误差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越小，积分速度越快，积分作用就越强，系统震荡次数较多。当然Ti也不能过小。积分调节的特点是误差调节。微分调节作用：微分作用参数Td的作用是改善系统的动态性能，在Td选择合适情况下，可以减小超调，减小调节时间，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度。因此，可以改善系统的动态性能，得到比较满意的过渡过程。微分作用特点是不能单独使用，通常与另外两种调节规律相结合组成PD或PID控制器。表一各参数对调节过程的影响性能指标参数Kp↑Ti↓Td↑偏差↑↑↓稳态误差↓——超调量↑↑↓振荡频率↑↑↑比例、积分、微分控制作用是相互关联的，参数的调整必须考虑不同时刻各个参数的作用以及相互之间的互联作用。致谢（1）致谢。请各位老师批评指正。