P、PD和PID控制器性能比較

1、-作者xxxx-日期xxxxP、PD和PID控制器性能比較【精品文檔】學(xué) 號(hào)： 自動(dòng)控制原理題 目P、PD和PID控制器性能比較學(xué) 院自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí)姓 名指導(dǎo)教師2013年1月20日摘要比例(P)控制規(guī)律是基本控制規(guī)律中最基本的、應(yīng)用最普遍的一種，其最大優(yōu)點(diǎn)就是控制及時(shí)、迅速。只要有偏差產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用。但是，不能最終消除余差的缺點(diǎn)限制了它的單獨(dú)使用?？朔嗖畹霓k法是在比例控制的基礎(chǔ)上加上積分控制作用。比例-微分(PD)控制器比單純的比例控制作用更快，尤其是對(duì)容量滯后大的對(duì)象，可以減小動(dòng)偏差的幅度，節(jié)省控制時(shí)間，顯著改善控制質(zhì)量。最為理想的控制當(dāng)屬比例-積

2、分-微分(PID)控制規(guī)律,它集三者之長(zhǎng)：既有比例作用的及時(shí)迅速，又有積分作用的消除余差能力，還有微分控制功能。本次課設(shè)對(duì)P、PD和PID控制器性能進(jìn)行詳細(xì)的比較，著重分析各控制器下、三種典型輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差，還對(duì)三種典型信號(hào)作為擾動(dòng)輸入的系統(tǒng)性能進(jìn)行了分析。最后使用Matlab軟件對(duì)以上分析結(jié)果進(jìn)行更加直觀的論證。關(guān)鍵字：控制器 穩(wěn)態(tài)誤差 擾動(dòng) 跟蹤性能目錄1 題目與要求12 由參考輸入決定的系統(tǒng)性能分析12.1 由R(s)輸入決定的系統(tǒng)傳遞函數(shù)22.1.1 開環(huán)傳遞函數(shù)22.1.2 閉環(huán)傳遞函數(shù)22.1.3 系統(tǒng)誤差傳遞函數(shù)22.2 不同控制器下系統(tǒng)的系統(tǒng)性能2誤差常數(shù)22.2.2 P控制

3、器下的系統(tǒng)分析52.2.3 PD控制器下的系統(tǒng)分析62.2.4 PID控制器下的系統(tǒng)分析73 由擾動(dòng)輸入決定的系統(tǒng)性能分析73.1 不同的控制類型對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)類型83.2 不同控制類型下的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差83.2.1 P控制下的系統(tǒng)分析83.2.2 PD控制下的系統(tǒng)分析93.2.3 PID控制下的系統(tǒng)分析94 該系統(tǒng)的跟蹤性能和擾動(dòng)性能分析94.1 系統(tǒng)的跟蹤性能分析94.2 系統(tǒng)擾動(dòng)性能分析105 運(yùn)用Matlab進(jìn)行仿真115.1 由參考輸入決定的系統(tǒng)仿真115.1.1 階躍信號(hào)輸入時(shí)的各控制系統(tǒng)輸出響應(yīng)115.1.2 斜坡信號(hào)輸入時(shí)的各控制系統(tǒng)輸出響應(yīng)135.1.3 加速度信號(hào)輸入時(shí)的各控制系

4、統(tǒng)輸出響應(yīng)165.2 由擾動(dòng)輸入決定的系統(tǒng)仿真195.2.1 階躍擾動(dòng)輸入時(shí)的各控制系統(tǒng)輸出響應(yīng)195.2.2 斜坡擾動(dòng)輸入時(shí)的各控制系統(tǒng)輸出響應(yīng)215.2.1 階躍擾動(dòng)輸入時(shí)的各控制系統(tǒng)輸出響應(yīng)236 心得體會(huì)24參考文獻(xiàn)25【精品文檔】P、PD和PID控制器性能比較1 題目與要求RYe+-+W-一二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中系統(tǒng)對(duì)象模型為 Gs=1S+1(5S+1) , 控制器傳遞函數(shù)為，令，。圖1 一二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖要求完成的主要任務(wù):（1） 分析系統(tǒng)分別在P、PD、PID控制器作用下的，由參考輸入決定的系統(tǒng)類型及誤差常數(shù)；（2） 根據(jù)（1）中的條件求系統(tǒng)分別在P、PD、PID控制器作用下

5、的、由擾動(dòng)w(t)決定的系統(tǒng)類型與誤差常數(shù)； （3） 分析該系統(tǒng)的跟蹤性能和擾動(dòng)性能；（4） 在Matlab中畫出（1）和（2）中的系統(tǒng)響應(yīng)，并以此證明（3）結(jié)論；（5）對(duì)上述任務(wù)寫出完整的課程設(shè)計(jì)說明書，說明書中必須寫清楚計(jì)算分析的過程，其中應(yīng)包括Matlab源程序或Simulink仿真模型，并注釋。2 由參考輸入決定的系統(tǒng)性能分析分析由參考輸入決定的系統(tǒng)性能，則要忽略擾動(dòng)輸入，得到如圖2的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2 由參考輸入決定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.1 由R(s)輸入決定的系統(tǒng)傳遞函數(shù)2.1.1 開環(huán)傳遞函數(shù)系統(tǒng)類型由系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)決定。根據(jù)結(jié)構(gòu)圖，很容易得到系統(tǒng)的開環(huán)穿的函數(shù)，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：

6、Gs=DsGs=D(s)s+1(5s+1)2.1.2 閉環(huán)傳遞函數(shù)系統(tǒng)的輸出相應(yīng)是由閉環(huán)傳遞函數(shù)和輸入決定的。系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)(s)為：s=DsG(s)1+DsG(s)2.1.3 系統(tǒng)誤差傳遞函數(shù)系統(tǒng)誤差傳遞函數(shù)和輸入決定系統(tǒng)誤差輸出。系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)e(s)為：es=E(s)R(s)=Rs-Y(s)R(s)=11+DsG(s)2.2 不同控制器下系統(tǒng)的系統(tǒng)性能誤差常數(shù) 下面討論階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)和拋物線函數(shù)三種常見的輸入信號(hào)函數(shù)的穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算。（1）階躍信號(hào)輸入則 其中 稱為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)位置誤差系數(shù)。 對(duì)0型系統(tǒng)對(duì)1型或高于1型的系統(tǒng)ess=R1+K1=0K1=lims0K1+T11+T2

7、1+Ta1+Tb=(2)斜坡信號(hào)輸入其中稱為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù)。對(duì)0型系統(tǒng)ess=RKv=Kv=lims0sK1+T1s1+T2s1+Tas1+Tbs=0對(duì)1型系統(tǒng)ess=RKv=RKKv=lims0sK1+T1s1+T2s1+Tas1+Tbs=K對(duì)2型或高于2型的系統(tǒng)ess=RKv=0Kv=lims0sK1+T1s1+T2s1+Tas1+Tbs=(3)拋物線信號(hào)輸入 其中稱為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)加速度誤差系數(shù)。對(duì)0型系統(tǒng)ess=RKa=Kv=lims0s2K1+T1s1+T2s1+Tas1+Tbs=0對(duì)1型系統(tǒng)ess=RKa=Kv=lims0s2K1+T1s1+T2s1+Tas1+Tbs=0對(duì)2型

8、系統(tǒng)ess=RKa=RKKv=lims0s2K1+T1s1+T2s1+Tas1+Tbs=K對(duì)3型或高于3型系統(tǒng)ess=RKa=0Kv=lims0s2K1+T1s1+T2s1+Tas1+Tbs= (N3)各種類型的系統(tǒng)在三種典型輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)定誤差終值見表1所示：表1 典型輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差終值系統(tǒng)類型穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)穩(wěn)態(tài)誤差終值KpKvKar(t)=R1(t)r(t)=Rtr(t)=R2t20型K00R1+K1型K00RK2型K00RK3型000 P控制器下的系統(tǒng)分析由已知條件Kp=19得DS=19,則系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：Gs=D(s)G(s)=19S+15S+1=195s2+6s+1

9、由此開環(huán)傳遞函數(shù)可以看出該系統(tǒng)為0型系統(tǒng)。根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)得系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)(s)為：s=19s+15s+1+19=195s2+6s+20對(duì)閉環(huán)傳遞函數(shù)的特征方程列勞斯表為：S2 5 20S1 6 0S0 20可見，勞斯表第一列同號(hào)，所以沒有正實(shí)根；且沒有出現(xiàn)第一行均為0，所以沒有純虛根，因此系統(tǒng)是穩(wěn)定的。因?yàn)橄到y(tǒng)是0型系統(tǒng)，開環(huán)增益K1=19，因此，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為：ess=R1+K1=R20，階躍輸入r(t)=R1(t) ，斜坡輸入rt=Rt ，拋物線輸入r(t)=R2t2 誤差系數(shù)：K=Kp=19 ，階躍輸入r(t)=R1(t)Kv=0 ，斜坡輸入rt=RtKa=0 ，拋物線輸入r(t

10、)=R2t22.2.3 PD控制器下的系統(tǒng)分析已知KP=19，KD=419，所以可以求得PD控制下的開環(huán)傳遞函數(shù)為：G2s=DsGS=19+4s19s+1(5s+1)=361+4s19s+1(5s+1)=361+4s95s2+114s+19可見該系統(tǒng)為0型系統(tǒng)。那么，其閉環(huán)傳遞函數(shù)為：2s=361+4s95s2+114s+19+361+4s=361+4s95s2+118s+380對(duì)其特征方程列勞斯表如下：s2 95 380s1 118 0s0 380可見該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。由于是0型系統(tǒng)，所以開環(huán)增益K2=19，其穩(wěn)定誤差為：ess=R1+K2=R20 ，r(t)=R1(t) ，rt=Rt ，r(

11、t)=R2t2其誤差系數(shù)為：K=Kp=19 ，r(t)=R1(t)Kv=0 ，rt=RtKa=0 ，r(t)=R2t22.2.4 PID控制器下的系統(tǒng)分析已知KP=19，KI=0.5，KD=419，所以可以求得PID控制下的開環(huán)傳遞函數(shù)為：G3s=DsGS=19+1/2s+4s/9s+1(5s+1)=8s2+722s+1938ss+1(5s+1)=8s2+722s+19190s3+228s2+38s可見該系統(tǒng)為1型系統(tǒng)。其閉環(huán)傳遞函數(shù)為：3s=DsGS1+DsGS=8s2+722s+19190s3+236s2+760s+19對(duì)其特征方程列勞斯表如下：s3 190 760s2 236 19s1s

12、0 19由勞斯判據(jù)可知，該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。由于是1型系統(tǒng)，所以開環(huán)增益K3=0.5，其穩(wěn)定誤差為：ess=0 ，r(t)=R1(t)RK3=2R ，rt=Rt ，r(t)=R2t2其誤差系數(shù)為：K=Kp= ，r(t)=R1(t)Kv=0.5 ，rt=RtKa=0 ，r(t)=R2t23 由擾動(dòng)輸入決定的系統(tǒng)性能分析分析由擾動(dòng)輸入決定的系統(tǒng)時(shí)，忽略參考輸入。則系統(tǒng)在擾動(dòng)下的輸出響應(yīng)為：Ys=-Gs1+DsGsW(s)其開環(huán)傳遞函數(shù)為：Gs=DsGs=D(s)s+1(5s+1)=D(s)5s2+6s+1系統(tǒng)誤差傳遞函數(shù)為：Es=-Ys=Gs1+DsGsW(s)穩(wěn)態(tài)誤差為：ess=lims0sEs=l

13、ims0sGs1+DsGsW(s)3.1 不同的控制類型對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)類型由于擾動(dòng)決定的系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)與由參考輸入決定的系統(tǒng)的相同，所以它們的系統(tǒng)類型是相同的。(1) 當(dāng)控制器傳遞函數(shù)時(shí)，該控制系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)作用為0型系統(tǒng)； (2)當(dāng)控制器傳遞函數(shù)時(shí)，所以該控制系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)作用為0型系統(tǒng)；(3)當(dāng)控制器傳遞函數(shù)時(shí)，該控制系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)作用為1型系統(tǒng)； 不同控制類型下的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差3.2.1 P控制下的系統(tǒng)分析已知D(s)=19，所以ess=lims0sEs=lims0sGs1+DsGsWs=lims0sWs5s2+6s+20在不同控制下的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差：ess=R20 ，階躍輸入r(t)=R1(t) ，

14、斜坡輸入rt=Rt ，拋物線輸入r(t)=R2t23.2.2 PD控制下的系統(tǒng)分析已知Ds=19+4s19 ，穩(wěn)態(tài)誤差為：ess=lims0sEs=lims0sGs1+DsGsWs=lims019sWs95s2+118s+380在不同控制下的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差：ess=R20 ，r(t)=R1(t) ，rt=Rt ，r(t)=R2t23.2.3 PID控制下的系統(tǒng)分析已知Ds=19+12s+4s19 ，穩(wěn)態(tài)誤差為：ess=lims0sEs=lims0sGs1+DsGsWs=lims038s2Ws190s3+236s2+760s+19在不同控制下的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差：ess=0 ，r(t)=R1(t)2R

15、，rt=Rt ，r(t)=R2t24 該系統(tǒng)的跟蹤性能和擾動(dòng)性能分析4.1 系統(tǒng)的跟蹤性能分析由參考輸入決定的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差如表3所示，從表中可以看出：(1) 當(dāng)階躍信號(hào)輸入時(shí)，P控制系統(tǒng)和PD控制系統(tǒng)可跟蹤階躍輸入，但存在一個(gè)穩(wěn)態(tài)位置誤差R/20；而PID控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0，所以可以完全跟蹤階躍輸入信號(hào)。(2) 當(dāng)斜坡信號(hào)輸入時(shí)，由于P控制和PD控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差都為無窮大，所以不能跟蹤斜坡輸入信號(hào)；而PID控制P可跟蹤斜坡輸入，但存在一個(gè)穩(wěn)態(tài)位置誤差。(3) 當(dāng)拋物線信號(hào)輸入時(shí)，由于這三種控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差都是無窮大，所以這三種控制系統(tǒng)都不能跟蹤拋物線輸入信號(hào)。表3 參考輸入決定的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)

16、誤差控制器系統(tǒng)類型階躍信號(hào)輸入斜坡信號(hào)輸入拋物線信號(hào)輸入P控制0R/20PD控制0R/20PID控制102R4.2 系統(tǒng)擾動(dòng)性能分析由擾動(dòng)輸入決定的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差如表4所示：表4 由擾動(dòng)輸入決定的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差控制器系統(tǒng)類型階躍信號(hào)輸入斜坡信號(hào)輸入拋物線信號(hào)輸入P控制0R/20PD控制0R/20PID控制102R從表中可以看出：(1) P控制和PD控制系統(tǒng)在一定程度上能平衡階躍擾動(dòng)，但存在一個(gè)穩(wěn)態(tài)位置誤差；而PID控制系統(tǒng)可以完全消除階躍擾動(dòng)，抗干擾能力較強(qiáng)。(2) 當(dāng)有斜坡信號(hào)擾動(dòng)時(shí)，P控制和PD控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為無窮的，不能消除擾動(dòng)；而而PID控制系統(tǒng)可在一定程度上可以抵抗擾動(dòng)影響。(3)

17、當(dāng)拋物線信號(hào)擾動(dòng)時(shí)，由于三個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差都是無窮大，所以三個(gè)系統(tǒng)都不能消除拋物線信號(hào)擾動(dòng)的影響。5 運(yùn)用Matlab進(jìn)行仿真5.1 由參考輸入決定的系統(tǒng)仿真5.1.1 階躍信號(hào)輸入時(shí)的各控制系統(tǒng)輸出響應(yīng)(1) P控制下的單位階躍響應(yīng)如圖3所示圖3 P控制下的階躍相應(yīng)源程序：clear;num=19; %設(shè)置分子den=5,6,20; %設(shè)置分母t=0:0.05:10; %時(shí)間區(qū)間y,x,t=step(num,den,t) ;%階躍響應(yīng)plot(t,y) ;%繪制曲線hold ony=1;plot(t,y,-);grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(輸出相應(yīng));

18、 %設(shè)置縱坐標(biāo)title(P控制下的階躍相應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題(2) PD控制下的單位階躍響應(yīng)如圖4所示源程序：clear;num=4,361; %設(shè)置分子den=95,189,380; %設(shè)置分母t=0:0.02:10; %時(shí)間區(qū)間y,x,t=step(num,den,t) ;%階躍響應(yīng)plot(t,y) ;%繪制曲線hold ony=1;plot(t,y,-);grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(輸出相應(yīng)); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(PD控制下的階躍相應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題圖4 PD控制下的階躍相應(yīng)(3) PID控制下的單位階躍響應(yīng)如圖5所示源程序：clear;nu

19、m=8,722,19; %設(shè)置分子den=190,236,760,19; %設(shè)置分母:100; %時(shí)間區(qū)間y,x,t=step(num,den,t) ;%階躍響應(yīng)plot(t,y) ;%繪制曲線grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(輸出相應(yīng)); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(PID控制下單位階躍相應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題圖5 PID控制下單位階躍相應(yīng)由以上3個(gè)圖可以看出，PID控制下的系統(tǒng)可以完全跟蹤階躍輸入，而P和PD控制下的系統(tǒng)可跟蹤階躍輸入，但存在一個(gè)穩(wěn)態(tài)位置誤差R/20。5.1.2 斜坡信號(hào)輸入時(shí)的各控制系統(tǒng)輸出響應(yīng)(1) P控制下的單位斜坡響應(yīng)如圖6所示源程序：cl

20、ear;num=19; %設(shè)置分子den=5,6,20,0; %設(shè)置分母t=0:0.02:100; %時(shí)間區(qū)間y,x,t=step(num,den,t) ;%階躍響應(yīng)plot(t,y) ;%繪制曲線hold ony=t;plot(t,y,-);grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(輸出相應(yīng)); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(P控制下的單位斜坡相應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題圖6 P控制下的單位斜坡相應(yīng)(2) PD控制下的單位斜坡響應(yīng)如圖7所示源程序：clear;num=4,361; %設(shè)置分子den=95,189,380,0; %設(shè)置分母t=0:0.02:100; %時(shí)間區(qū)間y,x

21、,t=step(num,den,t) ;%階躍響應(yīng)plot(t,y) ;%繪制曲線hold ony=t;plot(t,y,-);grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(輸出相應(yīng)); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(PD控制下單位斜坡相應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題圖7 PD控制下單位斜坡相應(yīng) (3) PID控制下的單位斜坡響應(yīng)如圖8所示圖8 PID控制下的單位斜坡相應(yīng)源程序：clear;num=8,722,19; %設(shè)置分子den=190,236,760,19,0; %設(shè)置分母t=0:0.02:100; %時(shí)間區(qū)間y,x,t=step(num,den,t) ;%階躍響應(yīng)plot(t,y

22、) ;%繪制曲線hold ony=t;plot(t,y,-);grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(輸出相應(yīng)); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(PID控制下的單位斜坡相應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題由以上3個(gè)圖可以清楚地看出，當(dāng)為斜坡輸入時(shí)，只有PID控制下的系統(tǒng)能更重輸入，而P和PD控制下的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為無窮大，不能跟蹤斜坡輸入。5.1.3 加速度信號(hào)輸入時(shí)的各控制系統(tǒng)輸出響應(yīng)(1) P控制下的單位加速度響應(yīng)如圖9所示源程序：clear;num=19; %設(shè)置分子den=5,6,20,0,0; %設(shè)置分母t=0:0.02:10; %時(shí)間區(qū)間y,x,t=step(num,den,t

23、) ;%階躍響應(yīng)plot(t,y) ;%繪制曲線hold ony=(t.2)/2;plot(t,y,-);grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(輸出相應(yīng)); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(P控制下的單位加速度相應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題圖9 P控制下的單位加速度相應(yīng) (2) PD控制下的單位加速度響應(yīng)如圖10所示圖10 PD控制下的單位加速度相應(yīng)源程序：clear;num=4,361; %設(shè)置分子den=95,118,380,0,0; %設(shè)置分母t=0:0.02:10; %時(shí)間區(qū)間y,x,t=step(num,den,t) ;%階躍響應(yīng)plot(t,y) ;%繪制曲線hold

24、ony=(t.2)/2;plot(t,y,-);grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(輸出相應(yīng)); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(PD控制下的單位加速度相應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題(3) PID控制下的單位加速度響應(yīng)如圖11所示圖11 PID控制下的單位加速度相應(yīng)源程序：clear;num=8,722,19; %設(shè)置分子den=190,236,760,19,0,0; %設(shè)置分母t=0:0.02:10; %時(shí)間區(qū)間y,x,t=step(num,den,t) ;%階躍響應(yīng)plot(t,y) ;%繪制曲線hold ony=t.2/2;plot(t,y,-);grid; %繪制網(wǎng)格xl

25、abel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(輸出相應(yīng)); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(PID控制下的單位加速度相應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題由以上3個(gè)圖可以看出，三種類型的控制下的系統(tǒng)都不能跟蹤加速度輸入。5.2 由擾動(dòng)輸入決定的系統(tǒng)仿真5.2.1 階躍擾動(dòng)輸入時(shí)的各控制系統(tǒng)輸出響應(yīng)三種控制系統(tǒng)輸出響應(yīng)的比較如圖12所示源程序：clear;num=-1; %設(shè)置分子den=5,6,20; %設(shè)置分母t=0:0.02:100; %時(shí)間區(qū)間y,x,t=step(num,den,t) ;%階躍響應(yīng)figure; %打開一個(gè)圖subplot(3,1,1); %打開2*2個(gè)圖的第1個(gè)圖plot(t,y) ;%繪制曲線g

26、rid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(輸出相應(yīng)); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(P控制下的單位階躍相應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題num=-19; %設(shè)置分子den=95,118,380; %設(shè)置分母t=0:0.02:100; %時(shí)間區(qū)間y,x,t=step(num,den,t) ;%階躍響應(yīng)subplot(3,1,2); %打開2*2個(gè)圖的第1個(gè)圖plot(t,y) ;%繪制曲線grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(輸出相應(yīng)); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(PD控制下的單位階躍相應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題num=-38,0; %設(shè)置分子den=190,236,7

27、60,19; %設(shè)置分母t=0:0.02:100; %時(shí)間區(qū)間y,x,t=step(num,den,t) ;%階躍響應(yīng)subplot(3,1,3); %打開2*2個(gè)圖的第1個(gè)圖plot(t,y) ;%繪制曲線grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(輸出相應(yīng)); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(PID控制下的單位階躍相應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題圖12 三種控制系統(tǒng)的階躍輸出響應(yīng)的比較由上圖看出，P控制和PD控制系統(tǒng)在一定程度上能平衡階躍擾動(dòng)，但存在一個(gè)穩(wěn)態(tài)位置誤差；而PID控制系統(tǒng)在繞動(dòng)后回到原點(diǎn)，可以完全消除階躍擾動(dòng)，抗干擾能力較強(qiáng)。5.2.2 斜坡擾動(dòng)輸入時(shí)的各控制系統(tǒng)輸出響應(yīng)三

28、種控制系統(tǒng)斜坡輸出響應(yīng)的比較如圖13所示源程序：clear;num=-1; %設(shè)置分子den=5,6,20,0; %設(shè)置分母t=0:0.02:100; %時(shí)間區(qū)間y,x,t=step(num,den,t) ;%階躍響應(yīng)figure; %打開一個(gè)圖subplot(3,1,1); %打開2*2個(gè)圖的第1個(gè)圖plot(t,y) ;%繪制曲線grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(輸出相應(yīng)); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(P控制下的單位斜坡相應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題num=-19; %設(shè)置分子den=95,118,380,0; %設(shè)置分母t=0:0.02:100; %時(shí)間區(qū)間y,x,

29、t=step(num,den,t) ;%階躍響應(yīng)subplot(3,1,2); %打開2*2個(gè)圖的第1個(gè)圖plot(t,y) ;%繪制曲線grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(輸出相應(yīng)); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(PD控制下的單位斜坡相應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題num=-38,0; %設(shè)置分子den=190,236,760,19,0; %設(shè)置分母t=0:0.02:300; %時(shí)間區(qū)間y,x,t=step(num,den,t) ;%階躍響應(yīng)subplot(3,1,3); %打開2*2個(gè)圖的第1個(gè)圖plot(t,y) ;%繪制曲線grid; %繪制網(wǎng)格xlabel(t); %設(shè)置橫坐標(biāo)ylabel(輸出相應(yīng)); %設(shè)置縱坐標(biāo)title(PID控制下的單位斜坡相應(yīng)) %設(shè)置標(biāo)題圖13 三種控制系統(tǒng)斜坡輸出響應(yīng)的比較由上圖可以看出，只有PID控制系統(tǒng)最終得到穩(wěn)定的輸出，所以只有PID控制系統(tǒng)在一定程度上有抵抗斜坡擾動(dòng)的能力。5.2.1 階躍擾動(dòng)輸入時(shí)的各控制系統(tǒng)輸出響應(yīng)三種控制系統(tǒng)加速度輸出響應(yīng)的比較如圖14所示源程序：clear;num=-1; %設(shè)置分子den=5,6,20,0,0; %設(shè)置分母t=0:0.1:100; %時(shí)間區(qū)間y,x,t