发布时间 : 星期一 文章(完整版)基于MATLAB的PID控制仿真研究毕业论文更新完毕开始阅读0f13e05c640e52ea551810a6f524ccbff121cac4
为了减少余差，可适当增大，愈大，余差就愈小；但增大会引起系统的不稳定，使系统的稳定性变差，容易产生振荡。
1.1.2 积分(I)控制
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。 积分控制的作用是消除稳态误差。只要系统有误差存在，积分控制器就不断地积累，输出控制量，以消除误差。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因而，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误差，使系统误差为零，从而消除稳态误差。积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡。
1.1.3 微分(D)控制
在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。
自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。
微分控制能够预测误差变化的趋势，可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高。同时，加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。
1.2 常见控制器
在实际生产中，为了使原系统的性能指标有所改善，经常按照一定的方式接入校正装置，一般的控制器和校正装置常常采用的控制规律有比例(P)、微分(I)、积分(D)以及这些控制规律的组合，常用的有比例积分(PI)、比例微分(PD)、以及比例积分微分(PID)控制器。
1.2.1 比例控制器P
比例控制器的结构图如图1-1 其传递关系为：
控制器的传递函数可写为：
图1-1
P控制器
采用P控制规律能较快地克服扰动的影响，它作用于输出值较快，但不能很好地稳定在一个理想的数值。虽较能有效的克服扰动的影响，但有余差出现。它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合。
1.2.2 比例积分控制器PI
比例积分控制器的结构图如图1-2 其传递关系为：
KPty(t)?KPe(t)?e(t)dt ?0TI控制器的传递函数可写为：
图1-2 PI控制器
比例积分控制规律是工程中应用最广泛的一种控制规律，它能在比例的基础上消除余差，使系统在进入稳态后无稳态误差。由于积分作用输出随时间积累而逐渐增大，故调节动作缓慢，造成调节不及时，使系统稳定裕度下降。因此，积分作用一般不单独使用。它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合。
1.2.3 比例微分控制器PD
比例微分控制器的结构图如图1-3 其传递关系为：
y(t)?KPe(t)?KP?de(t) dt
图1-3 PD控制器
控制器的传递函数可写为：
微分具有超前作用，对于具有容量滞后的控制通道，引入微分参与控制，在微分项设置得当的情况下，对于提高系统的动态性能指标，有着显著效果。它能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。因此，对于控制通道的时间常数或容量滞后较大的场合，为了提高系统的稳定性，减小动态偏差等可选用比例微分控制规律。需要说明一点，对于那些纯滞后较大的区域里，微分项是无能为力，而在测量信号有噪声或周期性振动的系统，则也不宜采用微分控制。
1.2.4 比例积分微分控制器PID
比例积分微分控制器的结构图如图1-4
图1-4 PID控制器
?1tde(t)?e(t)dt?TD其传递关系为：y(t)?KP?e(t)?? ?0TdtI????1控制器的传递函数可写为：GC(s)?KP??1?Ts?TDs??
I??PID控制规律是一种较理想的控制规律，它在比例的基础上引入积分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳定性。它适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求较高的场合，如温度控制、成分控制等。
1.3 PID控制参数整定[1]
常规的PID调节以消除误差和减少外扰为目的，应用PID控制，必须适当地调整比例放大系数，积分时间和微分时间，使整个控制系统得到良好的性能。准确有效的选定PID的最佳整定参数是关于PID控制器是否有效的关键部分。
PID控制器参数整定的方法有很多，概括起来主要有两大类：一是理论计算整定法，二是通过在线实验的工程整定法。
理论计算整定法。它主要是依据被控对象准确的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法一般较难做到，同时，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。
工程整定法。它不需要得到过程模型，主要依赖工程经验，在控制系统的试验中直接进行参数整定。方法简单实用，计算简便且易于掌握，可以解决一般的实际问题，在工程实际中被广泛采用。
PID控制器参数的工程整定法，主要有临界比例度法（又称稳定边界