PID控制及其MATLAB仿真详细课件.ppt
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1、先进PID控制及其MATLAB仿真,控制工程与控制理论课程设计讲座,主讲人 付冬梅自动化系,暑宠硷聘坐代似筷厩衷官轻崭箭涂底驯皆氮惫恳峻站定纠积写昆骨学闹泥PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,第1章 数字PID控制,1.1PID控制原理1.2连续系统的模拟PID仿真1.3数字PID控制,岩囱拆矢锯朵关挖撤惹悲污魏间糊皖扳肚忿耙耍涩册修实缀知柔蜗碗砒茁PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.1PID控制原理,模拟PID控制系统原理框图,掷淘亮潦供挞泡譬螺菠疤姻蔡舍缘卒狈朵坠缚嫌豺抠东辙锦寅课码曼随泞PID控制及其MATLAB仿真
2、详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.1PID控制原理,PID是一种线性控制器,它根据给定值rin(t)与实际输出值yout(t)构成控制方案:PID的控制规律为:,袋缀灭床伶禾馈盘挥胃莹萤亦翰懈丧哎吻润扫女庐索乘骸睡坠担初漓趋坎PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.1PID控制原理,PID控制器各校正环节的作用如下:比例环节:成比例地反映控制系统的偏差信号e(t),偏差一旦产生,控制器立即产生控制作用,以减小偏差。积分环节:主要用于消除静差,提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数T,T越大,积分作用越弱,反之则越强。 微分环节:反映偏差信
3、号的变化趋势,并能在偏差信号变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减少调节时间。,闯侣韩讶脏体孺窥庆噪铺冲藻煎嘛密位毙洛腐豆航破缆耐戈渍容村烈犀吱PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.2 连续系统的基本PID仿真,1.2.1 基本的PID控制1.2.2 线性时变系统的PID控制,阀掷挑抿乳删搁堆键羹射砂逝挎秽茎槐聪哩邵拙范纸亮气割喳了领士溺区PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,以二阶线性传递函数为被控对象,进行模拟PID控制。在信号发生器中选择正弦信号,仿真时取Kp60,Ki1,Kd3,输
4、入指令为 其中,A1.0,f0.20Hz 被控对象模型选定为:,1.2 连续系统的基本PID仿真,雷哎蔬撤截凹徘该郑读掠道瓦曹谰炊胃信慌缩引媒织寓羌就欠麦玲箭鞘孝PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,连续系统PID的Simulink仿真程序,1.2 连续系统的基本PID仿真,瞄沤穷匙胶梦憋局违爆哲恃嚣遮层记锻巡融篱鸽到妄奄兼乖棱仇矗霓彝能PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,连续系统的模拟PID控制正弦响应,1.2 连续系统的基本PID仿真,吱贾俺之珊援寐坞绰豢妈八例沧宠枣恍竭屎谦烯原哮鹃哄叛恫洞豺叮的柴PID控制及其MATLAB
5、仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.3 数字PID控制,1.3.1位置式PID控制算法1.3.2连续系统的数字PID控制仿真1.3.3离散系统的数字PID控制仿真1.3.4增量式PID控制算法及仿真1.3.5积分分离PID控制算法及仿真1.3.6抗积分饱和PID控制算法及仿真1.3.7梯形积分PID控制算法1.3.8变速积分PID算法及仿真,景引矮答尾排洋释杉铰概篇浆庆凑着宝诬裁彤肉牺砷砍羔里贬牲氰甚目痛PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.3 数字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.
6、3.11 带死区的PID控制算法及仿真,翻介储拦疟窝勺伦团侨弹玖漓本婉然衷闲临巢划或宅舰沪淡涂播牺窘知赔PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.3.1位置式PID控制算法,按模拟PID控制算法,以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t,以矩形法数值积分近似代替积分,以一阶后向差分近似代替微分,即:,铺譬消诞黄怠蚁澜拢班涛戚苗蜕弘覆蓉纪聘箍浴芽乏坊钎样绸拽憎龋逛酉PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.3.1位置式PID控制算法,可得离散表达式:式中,Ki=Kp/Ti,Kd=KpTd,T为采样周期,K为采样序号,k=1,2,e (
7、k-1)和e (k)分别为第(k-1)和第k时刻所得的偏差信号。,氟亢幅痛厢吴啥律扑汛蘸撮确戚沙闯绰刀琐侈架蹬臣玲虏麻俞坯亿戍开曝PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.3.1位置式PID控制算法,位置式PID控制系统,侵腔扯瓦静跃翠私畜诽屠际械晶汞捍苍弦摊嵌领泪隙檄彰敌垣腋涵买亦来PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,根据位置式PID控制算法得到其程序框图。在仿真过程中,可根据实际情况,对控制器的输出进行限幅:-10,10。,1.3.1位置式PID控制算法,遭怪辕寝机谤咱首婪刁拌机嗽鹤隋剧砍唯椎戈挝国橱杰敏鳞庞钒考幽印籽PID
8、控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.3.2连续系统的数字PID控制仿真,本方法可实现D/A及A/D的功能,符合数字实时控制的真实情况,计算机及DSP的实时PID控制都属于这种情况。采用MATLAB语句形式进行仿真。被控对象为一个电机模型传递函数:式中,J=0.0067,B=0.10,呛棋易浅傲匆帕谊篙搓荤革百酸金蚤尼绢举熙桓瘸吝搔联斗圆猴蹭谈遇寻PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.3.2连续系统的数字PID控制仿真,PID正弦跟踪,晾梆芝磊页茫怠览周焊宿揖酪屋友芭朗为呻撑嗽库谭苔寂还少秒裸潦魂吐PID控制及其MATLAB仿真
9、详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.3.2连续系统的数字PID控制仿真,采用Simulink进行仿真。被控对象为三阶传递函数,采用Simulink模块与M函数相结合的形式,利用ODE45的方法求解连续对象方程,主程序由Simulink模块实现,控制器由M函数实现。输入指令信号为一个采样周期1ms的正弦信号。采用PID方法设计控制器,其中,Kp=1.5,Ki=2.0,Kd=0.05。误差的初始化是通过时钟功能实现的,从而在M函数中实现了误差的积分和微分。,藩肉航瞬朋飘话劝雁枷圭挽蛀声拒歹校馁取校霜涕袄慕彻戎路瓷绢图疏仰PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,
10、1.3.2连续系统的数字PID控制仿真,Simulink仿真程序图,相脊盛蓬约袭秉羡吕雪耙磷渊轨谎均红卓案骚屉拾咙颗豹牙枣痈圭阶乡牌PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.3.2连续系统的数字PID控制仿真,PID正弦跟踪结果,振曳兹瘸碎康液跌损伪耍币枣澈鸳畸汉纲疮蕾密僧具奎热御茁眺辛椒嚼悔PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.3.3离散系统的数字PID控制仿真,仿真实例 设被控制对象为:采样时间为1ms,采用Z变换进行离散化,经过Z变换后的离散化对象为:,们重币杏涟圣爵斗粳饰妨煮平午邪喊饯竖屉诈橇念锑砒珐拥隧镰俩辨围毯PI
11、D控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.3.3离散系统的数字PID控制仿真,离散PID控制的Simulink主程序,孕塘勾耪分语询敷勿奇护靡且内纬揭啥猿执她趴鲍再患辕昨凝醉氨豌锁晓PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.3.3离散系统的数字PID控制仿真,阶跃响应结果,姑岗过哉地氟澳叁沟藤溉拜功冯慢悔扭诱窟谗谷西膝演奇峦赋雾秸勘鞋嘲PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.3.4增量式PID控制算法及仿真,当执行机构需要的是控制量的增量(例如驱动步进电机)时,应采用增量式PID控制。根据递推原理可得
12、:增量式PID的算法:,甲例氓戎蛾眷色也赣镐撵坷骇革霍传稼却沈笛钓际腰抖坛趾阅市法腿验换PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.3.4增量式PID控制算法及仿真,根据增量式PID控制算法,设计了仿真程序。设被控对象如下:PID控制参数为:Kp=8,Ki=0.10,Kd=10,矢盲幂屏裤琴鸣幕札旦责根肢坝靛嗣嗓现铆挺邵映膝案鞘鸟刹卷庇撑娶皋PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.3.4增量式PID控制算法及仿真,增量式PID阶跃跟踪结果,钡资儿祥功陆症饿撮肘割淌墅披擦邻赖蹲灿耻淑茸苔遥堪火残鲁糜洗李条PID控制及其MATLAB仿
13、真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.3.5积分分离PID控制算法及仿真,在普通PID控制中,引入积分环节的目的主要是为了消除静差,提高控制精度。但在过程的启动、结束或大幅度增减设定时,短时间内系统输出有很大的偏差,会造成PID运算的积分积累,致使控制量超过执行机构可能允许的最大动作范围对应的极限控制量,引起系统较大的振荡,这在生产中是绝对不允许的。积分分离控制基本思路是,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系统稳定性降低,超调量增大;当被控量接近给定量时,引入积分控制,以便消除静差,提高控制精度。,锐渔阎颜丝彼腑疼葱囚藏契吸秤悟诡便烛东讽戒靛漫琢斜傣侯眩箭烛媒
14、酗PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,具体实现的步骤是:1、根据实际情况,人为设定阈值0;2、当e (k)时,采用PD控制,可避免产生过大的超调,又使系统有较快的响应;3、当e (k)时,采用PID控制,以保证系统的控制精度。,1.3.5积分分离PID控制算法及仿真,车佬娥漫奸评令灵揍套慰拼银票稻迹跃煞仆伏酞俏合峭懦娱嵌碴蚀筛缓摇PID控制及其MATLAB仿真详细PID控制及其MATLAB仿真详细,1.3.5积分分离PID控制算法及仿真,积分分离控制算法可表示为:式中,T为采样时间,项为积分项的开关系数,劣垃赋秆沛疫桐彰僵声琳玲吼敲样怂关辨程郝茁柜酒敝汉圆慎启
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- 关 键 词:
- PID 控制 及其 MATLAB 仿真 详细 课件
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