資源描述：
《PID控制及其MATLAB仿真--付冬梅》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、控制工程與控制理論課程設(shè)計講座先進(jìn)PID控制及其MATLAB仿真主講人付冬梅自動化系第1章數(shù)字PID控制?1.1PID控制原理?1.2連續(xù)系統(tǒng)的模擬PID仿真?1.3數(shù)字PID控制1.1PID控制原理?模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖1.1PID控制原理?PID是一種線性控制器，它根據(jù)給定值rin(t)與實際輸出值yout(t)構(gòu)成控制方案：et()??rtin()yout()t?PID的控制規(guī)律為:??1tdet()ut()?k??et()?etdtT()?pD?T0dt??1U(s)?1?G(s)??k?1??Ts?p?D?E(s)Ts?1?1.
2、1PID控制原理?PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減小偏差。積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時間常數(shù)T,T越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號的變化趨勢，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。1.2連續(xù)系統(tǒng)的基本PID仿真?1.2.1基本的PID控制?1.2.2線性時變系統(tǒng)的PID控制1.2連續(xù)系統(tǒng)的基本PID仿真以二階線性傳遞函數(shù)為被
3、控對象，進(jìn)行模擬PID控制。在信號發(fā)生器中選擇正弦信號，仿真時取Kp＝60，Ki＝1，Kd＝3，輸入指令為rtin()?Asin(2?ft)其中，A＝1.0，f＝0.20Hz被控對象模型選定為：133Gs()?2ss?251.2連續(xù)系統(tǒng)的基本PID仿真?連續(xù)系統(tǒng)PID的Simulink仿真程序1.2連續(xù)系統(tǒng)的基本PID仿真?連續(xù)系統(tǒng)的模擬PID控制正弦響應(yīng)1.3數(shù)字PID控制?1.3.1位置式PID控制算法?1.3.2連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字PID控制仿真?1.3.3離散系統(tǒng)的數(shù)字PID控制仿真?1.3.4增量式PID控制算法及仿真?1.3.5積分分離P
4、ID控制算法及仿真?1.3.6抗積分飽和PID控制算法及仿真?1.3.7梯形積分PID控制算法?1.3.8變速積分PID算法及仿真1.3數(shù)字PID控制?1.3.9不完全微分PID控制算法及仿真?1.3.10微分先行PID控制算法及仿真?1.3.11帶死區(qū)的PID控制算法及仿真1.3.1位置式PID控制算法按模擬PID控制算法，以一系列的采樣時刻點kT代表連續(xù)時間t，以矩形法數(shù)值積分近似代替積分，以一階后向差分近似代替微分，即：??t?kTk(?0,1,2,3??)?kk?t??etdt()??T??ej()Tej()0?jj??00?det()
5、ekT()?ek((?1))Tek()?ek(?1)????dtTT1.3.1位置式PID控制算法?可得離散表達(dá)式：kTTuk()?kek(()??ej()?D(()ek?ek(?1)))pTT1j?0kek()??ek(1)?kekp()?ki?ejT()?kdj?0T式中，Ki=Kp/Ti,Kd=KpTd,T為采樣周期，K為采樣序號，k=1,2,……,e(k-1)和e(k)分別為第(k-1)和第k時刻所得的偏差信號。1.3.1位置式PID控制算法?位置式PID控制系統(tǒng)1.3.1位置式PID控制算法根據(jù)位置式PID控制算法得到其程序框圖。在仿
6、真過程中，可根據(jù)實際情況，對控制器的輸出進(jìn)行限幅：[-10，10]。1.3.2連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字PID控制仿真?本方法可實現(xiàn)D/A及A/D的功能，符合數(shù)字實時控制的真實情況，計算機(jī)及DSP的實時PID控制都屬于這種情況。?采用MATLAB語句形式進(jìn)行仿真。被控對象為一個電機(jī)模型傳遞函數(shù)：1G(s)?2Js?Bs式中，J=0.0067,B=0.101.3.2連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字PID控制仿真?PID正弦跟蹤1.3.2連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字PID控制仿真?采用Simulink進(jìn)行仿真。被控對象為三階傳遞函數(shù)，采用Simulink模塊與M函數(shù)相結(jié)合的形式，利用ODE4
7、5的方法求解連續(xù)對象方程，主程序由Simulink模塊實現(xiàn)，控制器由M函數(shù)實現(xiàn)。輸入指令信號為一個采樣周期1ms的正弦信號。采用PID方法設(shè)計控制器，其中，Kp=1.5,Ki=2.0,Kd=0.05。誤差的初始化是通過時鐘功能實現(xiàn)的，從而在M函數(shù)中實現(xiàn)了誤差的積分和微分。1.3.2連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字PID控制仿真?Simulink仿真程序圖1.3.2連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字PID控制仿真?PID正弦跟蹤結(jié)果1.3.3離散系統(tǒng)的數(shù)字PID控制仿真?仿真實例設(shè)被控制對象為：523500G(s)?32S?87.35s?10470s采樣時間為1ms,采用Z變換進(jìn)行離
8、散化，經(jīng)過Z變換后的離散化對象為：y()k??a(2)y(k??1)a(3)y(k?2)?a(4)y(k?3)outoutoutout?b(2)(uk
