P、PI和PID控制器性能比较2汇编

学号：课 程 设 计题目学院专业P、 PI 和 PID 控制器性能比较自动化学院自动化班级自动化 1102 班姓名指导教师2013年12月23日武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：专业班级：自动化 1102 班指导教师：工作单位：自动化学院题 目: P、PI 和 PID 控制器性能比较初始条件：一二阶系统结构如图所示，其中系统对象模型为G（ ）1，s）（）s 15s1控制器传递函数为 D 1 (s)kP （比例 P 控制）， D 2 (s)k PkI /s （比例积分 PI 控制）， D 3 (s) k PkI /sk D s （比例积分微分 PID 控制），令 kP19 ， kI0.5，i (s) 为上述三种控制律之一。kD 4 / 19 ，D要求完成的主要任务 : （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（ 1） 分析系统分别在 P、PI 、PID 控制器作用下的，由参考输入决定的系统类型及误差常数；（ 2） 根据（ 1）中的条件求系统分别在P、 PI 、PID 控制器作用下的、由扰动 w(t) 决定的系统类型与误差常数；（ 3） 分析该系统的跟踪性能和扰动性能；（ 4） 在 Matlab 中画出（ 1）和（ 2）中的系统响应，并以此证明（ 3）结论；（ 5） 对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚计算分析的过程，其中应包括 Matlab 源程序或 Simulink 仿真模型，并武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书注释。说明书的格式按照教务处标准书写。时间安排：（ 1） 课程设计任务书的布置，讲解 （半天）（ 2） 根据任务书的要求进行设计构思。 （半天）（ 3） 熟悉 MATLAB中的相关工具（一天）（ 4） 系统设计与仿真分析。（三天）（ 5） 撰写说明书。 （二天）（ 6） 课程设计答辩（半天）指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书目录摘要 .11参考输入决定的系统类型及误差常数.21.1系统类型 .21.2误差常数 .32扰动 w(t) 决定的系统类型与误差常数.62.1系统类型 .62.2误差常数 .73系统的跟踪性能和扰动性能 .93.1跟踪性能 .93.2扰动性能 .94 在 Matlab 中画出系统响应 .104.1由参考输入决定的系统响应 .10小结体会.23参考文献.24武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书摘要目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。 当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。 反馈理论的要素包括三个部分： 测量、比较和执行。测量关心的变量， 与期望值相比较， 用这个误差纠正调节控制系统的响应。工程实际中，比例控制器（简称 P 控制器）、比例 -积分控制器（简称 PI 控制器）、比例 -积分 -微分控制器（简称 PID 控制器）在自动控制系统中都有着广泛的应用，熟悉和掌握它们的工作原理及特点对于有效运用尤为重要。 其中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例 - 积分 - 微分控制。P 控制器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。 PI 控制器可以给系统增加一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于 S 左半平面的开环零点。 位于原点的极点可以提高系统的型别， 以消除或减小系统的稳态误差， 改善系统的性能； 而增加的负实部零点则可以减小系统的阻尼程度。与 PI 控制器相比， PID 控制器除了同样具有提高系统稳态性能的有点外，还多提供了一个负实部零点， 因此在提高系统的动态性能方面具有更大的优越性。本文分析了系统分别在比例控制器、 比例 -积分控制器、比例 -积分 -微分控制器下由参考输入及扰动决定的系统类型和误差常数。 经过分析计算后， 本文也将讨论系统的跟踪性能和扰动性能。 最后应用 matlab 仿真，从而来验证 P、PI、PID各自的性能特点，经过比较得出针对具体被控对象时所应选择的控制器。关键字： 比例 微分 积分 控制器 性能比较1武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书P、 PI 和 PID 控制器性能比较图 1i 阶系统结构图1 参考输入决定的系统类型及误差常数如图 1 所示，当参考输入决定系统类型及误差常数时：误差信号为：E sR sY s误差传递函数为：E s1e s1Di s G sR s1.1 系统类型（1） 比例 P 控制器当控制器传递函数 D1 K p19时，系统的开环传递函数为：D1 s G s191 5s1s故此系统类型为 0 型系统。（2） 比例积分 PI 控制器当控制器传递函数 D 2 (s)k Pk I s191 2s 时，系统的开环传递函数为：D 238s1s G s1 5s12s s2武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书故此系统类型为 1 型系统。（3）比例积分微分PID 控制器14s当控制器传递函数 D 3 (s)kPkI /skD s192s19 时，系统的开环传递函数为：8s2722s19D3 s G s38s s1 5s1故此系统类型为 1 型系统。1.2 误差常数系统的稳态误差计算公式为： esslim sE ss0（1）未加入控制器时，系统的误差传递函数e sE S1s1 5s1R s1 G ss 1 5s1 1此时系统的稳态误差为：RR ,阶跃输入 r tR 1 t ;1 K 12ess,斜坡输入 r tRt;,加速度输入 r t