PID控制器仿真設計報告學 院：機電工程學院專業：電氣工程及其自動化組員：黃金玉1300120209 ：蔡旭健1300120206 ：張臏僑1300120133

仿真設計題b(學號尾數5-9)有一被控對象傳函為:請為其設計一個PID調節器，該對象接受調節器輸出的范圍為-1～1，在SIMULINK里進行仿真，觀察飽和現象帶來的超調，然后使用積分分離法改進你的PID調節器，比較改進前后的結果。基于SIMULIK的仿真建模PID控制器（ProportionIntegrationDifferentiation.比例-積分-微分控制器），由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成。通過Kp，Ki和Kd三個參數的設定。PID控制器主要適用于基本線性和動態特性不隨時間變化的系統。通過把收集到的數據和一個參考值進行比較，然后把這個誤差用于計算新的輸入值，這個新的輸入值的目的是可以讓系統的數據達到或者保持在參考值。PID控制器可以根據歷史數據和差別的出現率來調整輸入值，這樣可以使系統更加準確，更加穩定。圖1PID控制系統原理圖PID控制器數學模型：傳遞函數可表示為:實驗過程：搭建系統圖2PID控制器采用臨界比例法整定PID參數，其實現步驟：把積分器微分器斷開，得到一個純比例調節系統，Kp=1逐步增大Kp使輸出產生振蕩，直至獲得等幅震蕩，如圖所示此時的比例系數為臨界比例記為kr=2.33，及臨界周期值為Tr=1.55s根據zigeler-nigolas經驗公式計算出各參數的整定值：Kp=0.6*kr=1.398；ki=（6*kr）/(5*Tr)=1.80；kd=(3*kr*Tr)/40=0.271依照計算出的參數對模塊進行參數設定3、將仿真時間設定為50，開始仿真得到波形（未加積分分離）：圖3PID控制器輸出積分分離從圖3中不難發現，PID控制系統中，若積分作用太強，會使系統產生過大的超調量，振蕩劇烈，且調節時間過長，為了克服這個缺點，我們采用積分分離的方法，即在系統誤差較大時，取消積分作用，在誤差減小到一定值后，再加上積分作用。這樣就可以即減小了超調量，改善動態特性，又保持了積分作用。PID積分分離改進方法在過程的啟動、結束或大幅度增減設定值時，短時間內系統輸出有很大的偏差，會造成PID運算的積分積累。由于系統的慣性和滯后，在積分累積項的作用下，往往會產生較大的超調和長時間的波動。解決方案：（1）根據具體系統，人為設定閾值Δ>0；（2）當|e(k)|>Δ時，采用PD控制；（3）|當e(k)|<Δ時，采用PID控制；積分分離控制算法可表示為：其中，Ts為采樣時間，α為積分項的開關系數：α=1，|e(k)|<0；α=0，|e(k)|>0；積分分離PID控制算法的程序框圖如圖1所示。圖4PID積分分離控制算法流程圖1.在Simulink中實現積分分離模塊的搭建圖5PID積分分離模塊1.將仿真時間設定為50，ManualSiwtch開關撥到積分分離模塊一側開始仿真并得到波形（得到積分分離法與未用積分分離法的對比）：圖6積分分離式PID控制器輸出四、仿真結果分析比較從圖中可以明顯看出加了積分分離的系統的階躍響應的超調量明顯減小，動態性能有所改善。原因在于，加入積分分離環節后，在調節開始時，比例環節占主導，積分環節被