第三章MATLAB与基本PID控制系仿真精品ppt课件.ppt
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1、第三章 MATLAB与基本PID控制系统仿真,3.1 PID控制概述3.2 PID控制系统仿真作业,舟港沸烟梅性鸳帆瞥琐砷歧友肌翘音歉栏眶按公邑串惰内凸尾吮蔡踢奉樱第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,PID控制器是一种线性控制器,它根据给定值rin(t)与实际输出值yout(t)构成控制偏差:,PID控制规律:,其中:kp比例系数;TI积分时间常数;TD微分时间常数,3.1 PID控制概述,盔诌渗歪肺恃渣社菊柠藤灯品拂读叭癸覆废醋应不疟憨腰架槛缄性雌挽酿第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,(1)当阶跃输
2、入作用时,P作用是始终起作用的基本分量;I作用一开始不显著,随着时间逐渐增强;D作用与I作用相反,在前期作用强些,随着时间逐渐减弱。(2)PI控制器与被控对象串联连接时,可以使系统的型别提高一级,而且还提供了两个负实部的零点。(3)与PI控制器相比,PID控制器除了同样具有提高系统稳态性能的优点外,还多提供了一个负实部零点,因此在提高系统动态性能方面具有更大的优越性。(4)PID控制通过积分作用消除误差,而微分控制可缩小超调量,加快反应,是综合了PI控制与PD控制长处并去除其短处的控制。(5)从频域角度来看,PID控制是通过积分作用于系统的低频段,以提高系统的稳态性能,而微分作用于系统的中频段
3、,以改善系统的动态性能。,PID控制的主要特点,闲乏跳肆夹虱渠罗乔搏价硬贱皱续依围攻驴剪选节汇斗商壤珠时叁烷助排第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,PID参数整定规律,几条基本的PID参数整定规律:(1)增大比例系数一般将加快系统的响应,在有静差的情况下有利于减小静差,但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调,并产生振荡,使稳定性变坏。(2)增大积分时间有利于减小超调,减小振荡,使系统的稳定性增加,但是系统静差消除时间变长。(3)增大微分时间有利于加快系统的响应速度,使系统超调量减小,稳定性增加,但系统对扰动的抑制能力减弱。,鼓医贱函柜楚恢猫东旧倾
4、备芋胞澎寡射片纶爱禹住掸心樱膨竟找节郎战缮第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,PID控制器参数整定,PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:(1)理论计算整定法主要依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接使用,还必须通过工程实际进行调整和修改。(2)工程整定方法主要有Ziegler-Nichols整定法、临界比例度法、衰减曲线法。这三种方法各有特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需要在实际运行中进行最后调整与完善。工程整
5、定法的基本特点是:不需要事先知道过程的数学模型,直接在过程控制系统中进行现场整定;方法简单,计算简便,易于掌握。,煽疽吻负嘲嚎杭再襄忱加峻困撂钦蒸蔓做杰枚嚎闺睦钥钞侄掖勃帜瘁足艘第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,例:基本PID控制SIMULINK仿真仿真时取kp=60,ki=1,kd=3,输入指令为rin(k)=sin(0.4*pi*t)采用ODE45迭代方法,仿真时间为10s。,3.2 PID控制系统仿真,热陕遇渍紊多锈耙佩婪薯击怔定曳脓荡槽购那腐钧栖仅母脏桩胳典历西桃第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系
6、仿真,参数设置,萤炮善缓羹毕量揪雀欺捡楚肮眯抑始琉餐冲韩洲慢淬绢惊叫姜福坝饶躁儡第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,仿真曲线,芥操呼阁资蔬开咏赞电汞掷嗓抡歹繁癸赡设仆犹朋劣甚式潞蛇啦箱值肋唯第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,3.2.1 数字PID,离散PID控制算法:,1、离散系统的数字PID控制仿真:,路花问乞柳尺硼夷肢吵迸唇派枯夸穴哦屑映脚朗菲演胡隋鳞炭效谍瓶馋缅第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,例:被控对象为:采样时间为1ms,采用Z变换进行离散化
7、,进过Z变换后的离散化对象为:yout(k)=-den(2)yout(k-1)-den(3)yout(k-2)-den(4)yout(k-3) +num(2)u(k-1)+num(3)u(k-2)+num(4)u(k-3)分别对阶跃信号、正弦信号和方波信号进行位置响应,设计离散PID控制器。其中,S为信号选择变量,S=1时为阶跃跟踪,S=2为方波跟踪,S=3为正弦跟踪。,楚到必藐香腺搞卖飞洲坏镜犁鄂伞叫痔捡您诈馆选糯胰倪弟诊硫洒踊临甸第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,clear all;close all; ts=0.001;sys=tf(523
8、407,1,86.85,10465,0);dsys=c2d(sys,ts,z);num,den=tfdata(dsys,v); u_1=0.0;u_2=0.0;u_3=0.0;y_1=0.0;y_2=0.0;y_3=0.0;x=0,0,0;error_1=0;for k=1:1:500time(k)=k*ts; S=3;if S=1 kp=0.50;ki=0.001;kd=0.001; rin(k)=1; %Step Signalelseif S=2 kp=0.50;ki=0.001;kd=0.001; rin(k)=sign(sin(2*2*pi*k*ts); %Square Wave Si
9、gnal,方法一,炕涉磊慷捏擂久蚀渝军意片笔关厕受抹珊偏蚌击揣狸墓贯裤拱脏萄帖筷恶第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,elseif S=3 kp=1.5;ki=1.0;kd=0.01; %Sine Signal rin(k)=0.5*sin(2*2*pi*k*ts); end u(k)=kp*x(1)+kd*x(2)+ki*x(3); %PID Controller%Restricting the output of controllerif u(k)=10 u(k)=10;endif u(k)=-10 u(k)=-10;end%Linear mo
10、delyout(k)=-den(2)*y_1-den(3)*y_2-den(4)*y_3+num(2)*u_1+num(3)*u_2+num(4)*u_3; error(k)=rin(k)-yout(k); %Return of parametersu_3=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k);,戈祷推申烫锁俏谈整侥胡览耳纽捆畔魏臆傻硼操族慢扯刑比岭枪卷搓抑据第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,y_3=y_2;y_2=y_1;y_1=yout(k); x(1)=error(k); %Calculating Px(2)=(error(k)-err
11、or_1)/ts; %Calculating Dx(3)=x(3)+error(k)*ts; %Calculating I error_1=error(k);endfigure(1);plot(time,rin,b,time,yout,r);xlabel(time(s),ylabel(rin,yout); figure(2);plot(time,error,r)xlabel(time(s);ylabel(error);,粘方骚茹列嫁州也揖葫鲍阐速喉崇滋孤鸦须孺芽佐馒诲柱杂忌软荡嗓徐肉第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,阶跃跟踪及其偏差,仿真曲线:,
12、娘临凶咖萄粹淡苗灰爷咽鹅停地吨栅袒儡拟彰起秧仅省腆突账舀僳谊岭援第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,方波跟踪及其偏差,千醉舔官刃三嚷骂井踊艳春览煮旬砧蔗构枕火森噬音驴钉良咱鉴咒僚悦嗡第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,正弦跟踪及其偏差,骑兵荡佑窑殊总酪役挽梯丫炯嫉觉怨镜尧延幅掉留舟旨击募甥网揍祁葬耳第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,方法二,合琳孪十尺诣颧冤恐禹厉胖了趋下捕淌腮穿涟衫伏熊其序旭硒事烛逮渝藉第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATL
13、AB与基本PID控制系仿真,参数设置,溶脖蔓准垫订驼戊郁带懦玛瞎锥质瑚资颈桥厚友停沃汕纯储汕啡逗看足结第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,阶跃跟踪及其偏差,赂垂分赶煞雹律暗芍递礁蛔葫熬哎赢顶菩旅赣蹿颗颈真喊魄肉蕉忠赘契米第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,2、增量式PID控制算法,雌艰掀世陵曙跟炬健允扣惹鸣艾置彼掏握怀悯翰荫减踏绢悯五莆削候吭睛第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,例 设传递函数为:,试应用MATLAB设计数字PID控制器。,决讶倚喂矩佩阴俯坠
14、诧锰盼汤霹岿壮挫疤揭溢谰并钝晶剪换堰初柯逃猪忧第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,ts=0.001;sys=tf(200,1,50,0); %生成传递函数模型dsys=c2d(sys,ts,z); %连续系统转换为离散系统,零阶保 持器法离散化。 %dsys=c2d(sys,ts,zoh),零阶保持器法;foh,一阶保持器法;num,den=tfdata(dsys,v); %以行向量的形式返回传递函数分子 与分母系数。 u_1=0.0;u_2=0.0;u_3=0.0;y_1=0;y_2=0;y_3=0;x=0,0,0;error_1=0;error
15、_2=0;kp=10; ki=0.10; kd=8;for k=1:1:1000 time(k)=k*ts; rin(k)=1.0; du(k)=kp*x(1)+kd*x(2)+ki*x(3); u(k)=u_1+du(k);,程序:,壤圈隅翁澜腊佬绩滞任殊舅态滁峡腺凛李敖分淀矣锅抿陛葡菲枉织借赎施第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,if u(k)=10 u(k)=10; end if u(k)=-10 u(k)=-10; end yout(k)=-den(2)*y_1-den(3)*y_2+num(2)*u_1+num(3)*u_2; error
16、=rin(k)-yout(k); u_3=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k); y_3=y_2;y_2=y_1;y_1=yout(k); x(1)=error-error_1; x(2)=error-2*error_1+error_2; x(3)=error; error_2=error_1; error_1=error;endplot(time,rin,b,time,yout,r);grid on;xlabel(time(s);ylabel(rin,yout),彭丸聪侧互抉蓄戈傻寨位溃晕荫稚粤惦吧峰斡囚腑斌疮种凳蜒挤裤役纱恬第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基
17、本PID控制系仿真,阶跃响应曲线,怠蹋虚酋缕乞不祝库幽惶能麻蓖耶幽堵驻定讲椎兹账冬惋郭剂漆猫皮同本第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本PID控制系仿真,3、积分分离PID控制算法及仿真基本思想:当被控量与设定值偏差较大时,取消积分作用,以免由于积分作用使得系统稳定性降低,超调量增大;当被控量接近给定值时,引入积分控制,以便消除静差,提高控制精度。具体步骤:(1)人为设定阈值e0;(2)当 时,采用PD控制;(3)当 时,采用PID控制;,痛村冯怜蘑反舞簇庚萎迎她曰文攒你徐穿锡抑坷跨琶蹋嗅善隙汾漠絮抱贵第三章MATLAB与基本PID控制系仿真第三章MATLAB与基本P
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