PID控制参数对系统性能影响的分析

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:Fra Baidu bibliotek; num1=[K2(i),Kp,K1]; den1=[1,0]; Gk=tf(num1,den1); G=feedback(Gk*Gtf,1); step(G) hold on end
（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。
（1）对系统的动态性能影 响：微分系数K D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 K D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，降低系统的抗干扰能 力。
（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Kp的整定主要依据系统的动态性能。
二阶系统的PID控制器设计以及参数整定
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

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。
比例系数对系统动态性能影响
开环传递函数为 G ( s )
4 s 2 1.5s 4
调节Ｐ的大小对系统动态性能影响如图
由图可见，当Ｋp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
开环传递函数为 G ( s)
4 s 2 1.5s 4
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，
P=0.618 PI=1 PD=0
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
G(s) 4 s 1.5s 4
2
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。
试凑法调整系统参数 试凑法
G(s) 4 s 2 1.5s 4
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
（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 K I太大，系统可能会产生 震荡，影响系统的稳定性。
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 K I 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。
微分系数对系统性能影响
开环传递函数为 G ( s)
4 s 2 1.5s 4
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。
4 G(s) 2 s 1.5s 4
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。