比例微分调节,调节后系统变为GsKPKDsG0sKP1TDsG0s,
f通过改变KP、TD的值进行调节。
图5a原系统阶跃响应
我们发现原系统具有较大的稳态误差和超调量,故我们选取适当的比例系数和微分系数进行调节,选择KP100调节TD的大小,仿真结果如图5b所示
图5b比例积分调节后系统阶跃响应
首先调节后的系统的稳态误差急剧减小,稳态性提高。其次,通过合理调节TD的大小能够很好地减小超调,并且响应速度加快,系统的动态性和稳态性
能改善了。但系统始终还有稳态误差的存在,并且随着TD的增大,系统调节时间变长。故比例微分调节亦有缺点。
比例积分(PI)控制对系统的影响
选取受控系统为G0s
s2
13s
15
,对其进行比例微分调节,调节后系统变
为
Gs
KP
KIs
G0
s
KP
1
1
TIs
G0
s
,通过改变KP
、TI
的值进行调
节。仿真结果见图6
fakp100TI200
bKP100TI100
cKP200TI100
dKP300TI100
图6比例积分调节仿真图
从图中我们可看到经过比例积分调节后,系统的稳态误差消除或者减小,稳态精度提高,稳态性能得到改善。但是系统超调增加,虽然可以通过比例系数和积分系数进行调节,但是作用不明显。因此PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。
f比例微分积分(PID)对系统的影响
依旧取上述系统,控制系统变为Gs
GcsG0s
KDs2
KPss
KI
s2
13s15
令KD20KP100KI400做出此时系统的单位阶跃响应和根轨迹。如图7(a)、(b)所示
图7a调节后系统单位阶跃响应
图7b调节后系统根轨迹
由图可知系统经过PID控制后,稳态误差消除,超调量减小到很小的程度,响应速度加快,系统动态性和稳态性都得到改善。同时系统根轨迹全部在S平面左半平面,系统保持稳定。PID控制效果令人满意,因此在工业过程控制系统中广泛使用PID控制器。
3总结PID控制器各环节对系统性能的影响
比例(P)控制规律
P控制器实质上是一个具有可调增益的放大器。在信号变换过程中,P控制器只改变信号的增益而不影响相位。在串联校正中,增大控制器增益KP可以提高系统的开环增益,减小系统的稳态误差,从而提高系统的控制精度,但会降低系统的相对稳定性,甚至可能造成闭环系统不稳定。因此很少单独使用比例控制器。
积分(I)控制规律
在串联校正中,采用积分控制器可以提高系统的型别(无差度),减小或者消除系统稳态误差,有利于系统稳态性能的提高。但积分控制使系统增加了一个位于原点的开环极点,使信号产生90的相角滞后,对系统r