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1、PID参数整定实验,基于SISO设计工具与误差原理的PID控制,组员：杨佳婧 王珠 杨海亮,SISO DESIGN TOOL,用MATLAB启动SISO设计工具。进入SISO设计界面。选择单输入，反馈，单输出控制模块，如下图所示。如下图所示：,SISO DESIGN TOOL,设定控制参数，如下表：,S6=kp+ki/s+kd*sSS=,SISO DESIGN TOOL,1.控制器C选用PID控制，给定初始值为kp=0.6 ki=0.03 kd=0.012.系统采用三阶系统，传递函数为三阶。3.反馈设置为单位负反馈。下图为系统加阶跃，与初始PID控制的系统加阶跃的情况,SISO DESIGN
2、TOOL,我们要求系统具有良好的跟踪阶跃响应的能力，且系统的稳态误差很小。分析上两图可知，对系统直接加阶跃，不具备跟踪阶跃响应的能力。对初始PID参数控制的系统加阶跃信号，初步具有跟踪阶跃的能力，但是上升时间较长，时间常数较大，且稳态时能看出明显的误差。为了继续改善系统，使其具有良好的跟踪性能，我们接下来进行PID的参数整定工作。,PID误差整定流程图,误差原理规则,原理1：|e(k)|M1时，说明误差的绝对值已经很大。不论误差 变化趋势如何，都应考虑控制器输出按最大（或最 小）输出，以迅速调整误差。原理2：当e(k)*(e(k2)-e(k1)0 说明误差在朝误差的绝对值 增大的方向变化，或误
3、差为某一常值，未发生变化。此时，如果|e(k)|=M2,说明误差也较大，也考虑由控 制器实施较强的控制作用，以达到扭转绝对值朝减 小方向变化。此时|e(k)|M2,说明尽管误差朝绝对值增大方向变化，但误差绝对值本身并不是很大，可考虑控制器实 施一般的控制作用，只要扭转误差的变化趋势，使 其朝绝对值减小的方向变化即可。,误差原理规则,原理3：当e(k)e(k)0或者ek)=0时，说明误差 的绝对值朝减小的方向变化，或者已经达到了平衡状 态。此时，可考虑实施较强的控制作用。,原理4：当e(k)e(k)0时，说明误差处于极值状 态。如果此时误差的绝对值较大，即|e(k)|=M 2，可以 考虑较强的控
4、制作用。如果此时误差的绝对值较小，即|e(k)|M 2，可以考虑 实施较弱的控制作用。,原理五：当|e(k)|1；k2 为抑制系 数，0K2 1。,响应曲线比较,PID参数整定前,PID参数整定后,响应比较分析,根据响应曲线可以看出，PID参数整定后，系统跟踪阶跃响应的能力明显增强，上升时间明显变小，时间常数明显变小，系统的稳态误差也降至很低，已经具备良好的跟踪性能。误差曲线如下图所示：,PID整定的源程序,此实验是基于误差分析原理，用SISO工具箱参与设计的PID整定实验，具有对特定系统的PID自整定功能。,clear all;close all;ts=0.001;,sys=tf(52350
5、0,1 87.35 10470 0);dsys=c2d(sys,ts,z);,num,den=tfdata(dsys,v);u_1=0;u_2=0;u_3=0;y_1=0;y_2=0;y_3=0;x=0,0,0;x2_1=0;kp=0.6;ki=0.03;kd=0.01;error_1=0;for k=1:1:500 time(k)=k*ts;rin(k)=1.0;%给出阶跃信号 u(k)=kp*x(1)+kd*x(2)+ki*x(3);if abs(x(1)0.8%Rule 1 u(k)=0.45;elseif abs(x(1)0.4 u(k)=0.40;elseif abs(x(1)0.2
6、 u(k)=0.12;elseif abs(x(1)0.01 u(k)=0.1;end,if x(1)*x(2)0|(x(2)=0)%Rule 2 if abs(x(1)=0.05 u(k)=u_1+2*kp*x(1);else u(k)=u_1+0.4*kp*x(1);end end if(x(1)*x(2)0)|(x(1)=0)%Rule 3 u(k)=u(k);end if x(1)*x(2)=0.05 u(k)=u_1+2*kp*error_1;else u(k)=u_1+0.6*kp*error_1;end end if abs(x(1)=0.001%Rule 5 u(k)=0.5*
7、x(1)+0.01*x(3);end,%Restricting the output of controllerif u(k)=10 u(k)=10;end if u(k)=-10 u(k)=-10;end%linear model yout(k)=-den(2)*y_1-den(3)*y_2-den(4)*y_3+num(1)*u(k)+num(2)*u_1+num(3)*u_2+num(4)*u_3;error(k)=rin(k)-yout(k);%Return of PID parameters 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(k);%Calculating p x2_1=x(2);x(2)=(error(k)-error_1)/ts;%Calculating D x(3)=x(3)+error(k)*ts;error_1=error(k);%Calculating Iend,figure(1);plot(time,rin,b,time,yout,r);xlabel(time(s);ylabel(rin,yout);figure(2);plot(time,rin-yout,r);xlabel(time(s);ylabel(error);,谢谢大家！,
