《PID控制器课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PID控制器课程设计（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、PID控制器课程设计课程设计报告题目 PID控制应用课程名称控制系统仿真院部名称龙蟠学院专业自动化班级 M09自动化学生姓名学号课程设计地点 C208 课程设计学时一周指导教师应明峰金陵科技学院教务处制目录一课程设计应达到的目的 (2)二课程设计题目及要求 (2)三课程设计任务 (2)1单回路控制系统的设计及仿真 (2)2.串级控制系统的设计及仿真 (3)3反馈前馈控制系统的设计及仿真 (6)4采用Smith 补偿器克服纯滞后的控制系统的设计及仿真 (7)四、问题和解决方法 (10)五、心得体会 (10)六主要参考文献 (10)一课程设计应达到的目的应用所学的自动控制基本知识与工程设计方法，结
2、合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行控制系统的初步设计。应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。二课程设计题目及要求1单回路控制系统的设计及仿真。2串级控制系统的设计及仿真。3反馈前馈控制系统的设计及仿真。4采用Smith 补偿器克服纯滞后的控制系统的设计及仿真。三课程设计任务1单回路控制系统的设计及仿真已知被控对象传递函数W(s) = 1 / (s2 +20s + 1)。画出单回路控制系统的方框图。用MatLab的Simulink画出该系统。选PID调节器的参数使系统的控制性能较好，并画出相应的单
3、位阶跃响应曲线。注明所用PID调节器公式。PID调节器公式Wc（s）=50(5s+1)/(3s+1) 给定值为单位阶跃响应幅值为3 有积分作用单回路控制系统 无积分作用单回路控制系统 大比例作用单回路控制系统 修改调节器的参数，观察系统的稳定性或单位阶跃响应曲线，理解控制器参数对系统的稳定性及控制性能的影响？答：按照参数修改及整定的方法，发现PID 调节器的各个部件对系统的调节有以下关系:比例环节可以增加系统快速响应，调节积分环节可以保持系统稳定性。比例系数的加大，将使系统的响应速度加快，在系统稳定的前提下，加大比例系数可以减少稳态误差。但不能消除稳态误差。积分控制通常影响系统的稳定性，有助于
4、消除稳态误差，提高系统的控制精度。而微分作用的增加则可以改善系统的动态特性，但也可能降低系统的抗干扰能力。2. 串级控制系统的设计及仿真 已知主被控对象传递函数W 01(s) = 1 / (100s + 1)，副被控对象传递函数W 02(s)=1/(10s + 1)，副环干扰通道传递函数W d (s) = 1/(s 2+20s + 1)。 画出串级控制系统方框图及相同控制对象下的单回路控制系统的方框图。 用MatLab 的Simulink 画出上述两系统。选PID调节器的参数使串级控制系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶跃响应曲线PID调节器传递函数：主：Wc（s）=100（40s+1）/
5、(s+1) 副：Wc(s)=100（20s+1）参数校正前的响应曲线：串级控制系统（P=100.I=1.D=40）单回路控制系统（P=100.I=1.D=40）参数修改后的响应曲线：串级控制系统单位阶跃响应曲线（P=400.I=1.D=65）单回路控制系统单位阶跃响应曲线（P=15.I=5.D=60）比较单回路控制系统及串级控制系统在相同的副扰动下的单位阶跃响应曲线，并说明原因？答：单回路系统以及串级控制系统在相同的扰动下抗干扰性能较好，但是不如双闭环系统稳定，原因是它只有一个内环，虽然系统快速响应增加，但是在扰动性能上不如双闭环。由上图可知，串级控制系统的效果比较好。串级控制系统改善了被控过
6、程的动态特性，提高了系统的工作频率，有较强的抗扰动能力，具有一定的自适应能力，能够准确及时地对系统的一次扰动和二次扰动进行校正。3反馈前馈控制系统的设计及仿真(s) = 1 / (s2 +s + 1)，已知被控对象传递函数W (s) = 1 / (s2 +2s + 5)，前馈随机干扰信号幅值 = 50，频干扰通道传递函数Wf率 = 10。(s)，并画出反馈前馈控制系统的系统方框图及确定前馈控制器的传递函数Wm相应的单回路控制系统的方框图。用MatLab的Simulink画出上述两系统。选PID调节器的参数使系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶跃响应曲线。PID调节器传递函数：Wc(s)=30
7、(10s+1) / (5s+1)设干扰源幅值为50，频率为10 Hz前馈反馈单位阶跃响应（P=30.I=5.D=10）前馈反馈单位阶跃响应细部单回路阶跃响应（P=30.I=5.D=10）单回路阶跃响应细部比较单回路控制系统及反馈前馈控制系统在相同的单位阶跃扰动下的响应曲线，并说明原因？答：由上图可知，在相同干扰源的响应曲线下，单回路与前馈反馈系统的响应差别不是很大。不加前馈时，系统受到的干扰较严重，加上前馈后，前馈先将干扰去掉，使得系统不受干扰的影响。前馈反馈复合控制系统既发挥了前馈作用可及时克服主要扰动对被控对象影响的优点，又保持了反馈控制能克服多个扰动的影响和可对被控量实行偏差检验的长处，
8、同时也将降低系统对前馈补偿的要求，使其在工程上更易于实现。4采用Smith 补偿器克服纯滞后的控制系统的设计及仿真已知被控对象传递函数W0(s) = e- 4 s/ (20s + 1)。画出采用Smith 补偿器的反馈控制系统的系统方框图及相应的单回路控制系统的方框图。用MatLab的Simulink画出上述两系统。选PID调节器的参数使采用Smith 补偿器的反馈控制系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶跃响应曲线。PID调节器传递函数：Wc(s)=40 /（2s+1）采用Smith 补偿器的反馈控制系统的系统在传递函数不同下的响应曲线比较单回路控制系统及采用Smith 补偿器的反馈控制系统
9、在相同的单位阶跃扰动下的响应曲线，并说明原因？答：在没有补偿的时候，其单位阶跃响应曲线在扰动下发生的位置相对靠后，但是增加了滞后补偿环节，它的图像发生的靠前了，这就是增加了补偿的原因。由上图可知，采用smith补偿后，可以完全消除滞后对系统的影响，而单回路控制系统不能消除滞后，使系统输出产生失真。四、问题和解决方法在MATLAB model中画图的时候，由于是第一次接触，很不熟悉。尤其在查找一些部件的时候，很难找到，如在查找PID调节器以及示波器的时候，花费了很长时间。但在老师的帮助下找到了这些部件。此外，在连线的时候很容易出错，由于不够熟悉，忘了将一些部件旋转，那么在连线的时候会出现错误的红
10、线，经过反复操作，最终找到了错误。最大的困难是对PID比例、积分、微分控制的知识点的遗忘。忘记了参数代表的含义以及如何计算，给设计带来了麻烦，而且也在调节参数的时候，不能达到理想效果，但经过重新回顾自动控制的相关知识，以及反复的整定参数，不断实践，才渐渐理解并顺利完成设计。五、心得体会通过这次PID的课程设计，应用了计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立控制系统的数学模型，以及对控制系统进行性能仿真研究，掌握了系统参数对系统性能的影响。加深了我对自动控制系统的了解，同时也对比例、积分、微分控制有了更进一步的认识。比例系数的加大，将使系统的响应速度加快，在系统稳定的前提下，加大比例系数可以
11、减少稳态误差。但不能消除稳态误差。积分控制通常影响系统的稳定性，有助于消除稳态误差，提高系统的控制精度。而微分作用的增加则可以改善系统的动态特性，但也可能降低系统的抗干扰能力。比例+积分控制器可以使系统进入稳态后无稳态误差。而比例+微分控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。这次课程设计相对来说有一定的难度，因为对自动控制的知识有了一些生疏，但经过复习以及老师的讲解还是顺利的完成了此次课程设计。这次设计通过仿真对图像的对比研究，可以使结论更加清晰。同时再次加深了对MATLAB软件的应用，更把理论知识付诸于实践，对以后的学习带来了更大的帮助!六主要参考文献1陈怀琛.MATLAB及在电子信息课程中的应用.北京：电子工业出版社，2009 2赵广元.MATLAB与控制系统仿真实践.北京：北京航空航天大学出版社，2009
