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1、班级： 09级机控2班组员：王华帅 田若铎 刘宝指导教师：刘思远,二阶系统的PID控制器设计以及参数整定,在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。,（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。Kp的选择以输出响应产生4:1衰减过程为宜。,（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
2、Kp的整定主要依据系统的动态性能。,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：对于合适的 值，可以减小系统的超调量，提高了稳定性，引入积分环节的代价是降低系统的快速性。,（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 太大，系统可能会产生震荡，影响系统的稳定性。,（1）对系统的动态性能影响：微分系数 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 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
3、抗干扰能力。,（2）对系统的稳态性能影响：微分环节的加入，可以在误差出现或变化瞬间，按偏差变化的趋向进行控制。它引进一个早期的修正作用，有助于增加系统的稳定性。,比例系数对系统动态性能影响,开环传递函数为,调节的大小对系统动态性能影响如图,由图可见，当p加大时，可是系统动作灵敏，速度加快，在系统稳定的前提下，系统的稳态误差将减小，却不能完全消除系统的稳态误差。Kp偏大时，系统的震荡次数增多，调节时间增长。Kp太大时，系统会趋于不稳定。,积分系数大小对系统动态性能影响,P=0.618 PI=1 PD=0,开环传递函数为,积分系数的影响如图所示,由此可见，积分作用能够消除稳态误差，提高控制精度，系
4、统积分作用的引入通常使系统的稳定性下降，K1太大时系统将不稳定，K1偏大时系统的震荡次数较多，,微分系数对系统性能影响,开环传递函数为,微分系数对系统性能影响如图,微分控制经常与比例控制或积分控制联合使用。引入微分控制可以改善系统的动态特性，当K2偏小时，超调量较大，调节时间也较长；当K2合适时可以提高系统响应速度，提高系统稳定性。,Matlab调试程序,num=4 den=1,1.5,4 Gtf=tf(num,den) Kp=8;K1=0.4; K2=0.5,1,5,20 for i=1:4;num1=K2(i),Kp,K1;den1=1,0;Gk=tf(num1,den1);G=feedb
5、ack(Gk*Gtf,1);step(G)hold on end,通过改变不同的参数，便可得到在不同参数情况下的系统响应，而且以一个清晰的图像表示出来。,试凑法调整系统参数,系统开环传递函数为,首先取比例系数Kp=30系统响应如图,由图中可以看出，系统响应较快，满足系统的要求，但是稳态误差较大，需要引入积分环节，进行PI调节。,试凑法,试凑法调整系统参数,系统开环传递函数为,取比例系数Kp=30，K1=0.4 系统响应如图,由图可以看出，系统的稳态误差已经达到要求，但是系统的超调量较大，震荡次数较多，调整时间较长，需要引入微分环节，进行PID调节,试凑法调整系统参数,系统开环传递函数为,取Kp=35，K1=0.4，K2=15 系统响应如图,由图可以看出，系统的超调量小于2，调整时间小于0.2s,稳态误差小于5，很好的满足了系统的要求,PID控制器的参数必须根据工程问题的具体要求来考虑。在工业过程控制中，通常要保证闭环系统稳定，对给定量的变化能迅速跟踪，超调量小。在不同干扰下输出应能保持在给定值附近，控制量尽可能地小，在系统和环境参数发生变化时控制应保持稳定。一般来说，要同时满足这些要求是很难做到的，必须根据系统的具体情况，满足主要的性能指标，同时兼顾其它方面的要求。在选择采样周期T时，通常都选择T远远小于系统的时间常数。因此，PID参数的整定可以按模拟控制器的方法来进行。,
