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文檔簡介

1、0.前言11. 不完全微分PID算法設(shè)計(jì)22. 算法仿真研究33. 階純滯后系統(tǒng)的不完全微分PID控制程序44. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果75. 結(jié)論及總結(jié)8參考文獻(xiàn)8課設(shè)體會10一階純滯后系統(tǒng)的不完全微分PID控制沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院摘要:提出在PID算法中加入一階慣性環(huán)節(jié),通過不完全微分PID算法來改善干擾對系統(tǒng) 的影響,用MATLAB仿真分析說明該算法在改善過程的動態(tài)性能方面具有良好的控制精度。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中,自動控制技術(shù)的使用越來越多,而隨著工業(yè)和控制技術(shù)的發(fā)展,自動 控制理論也在發(fā)展和完善,出現(xiàn)了多種控制方法如最基礎(chǔ)的PID控制以及微分先行控制、 中間微分控制、史密斯補(bǔ)償控制、模糊控制、

2、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。自動控制技術(shù)的發(fā)展在工 業(yè)生產(chǎn)中遇到了一系列的問題:如在本文中所研究的一階純滯后系統(tǒng)的控制就是控制理論 中一個較為重要的問題。由控制理論可知,無滯后控制系統(tǒng)(簡單點(diǎn)說就是沒有延遲)比 有滯后系統(tǒng)更加穩(wěn)定,更加容易控制。因此如何解決生產(chǎn)中滯后的問題在當(dāng)前工業(yè)大生產(chǎn) 中尤其重要。論文在常規(guī)PID控制也就是比例-積分-微分控制的基礎(chǔ)上提出了三種控制方 法即:微分先行控制、中間微分反饋控制、史密斯補(bǔ)償控制。并對這三種方案進(jìn)行Simulink 仿真,檢測其抗干擾性能。為便于分析,論文將所得仿真結(jié)果以圖形的方式給予顯示出來, 形象生動便于理解。關(guān)鍵詞:一階純滯后;不完全微分;仿真;PID0

3、.前言在多數(shù)工業(yè)過程當(dāng)中,控制對象普遍存在著純時間滯后現(xiàn)象,如化工,熱工過程等. 這種滯后時間的存在,會使系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的超調(diào)量和較長的調(diào)節(jié)時間,滯后嚴(yán)重時甚 至?xí)茐南到y(tǒng)的穩(wěn)定性,在工業(yè)生產(chǎn)上產(chǎn)生事故.因此長期以來,純滯后系統(tǒng)就一直是 工業(yè)過程中的難控制對象,人們也對它進(jìn)行了大量的研究.在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和理論研 究中出現(xiàn)了多種控制方法,如PID控制、PID改進(jìn)控制、Smith預(yù)估算法控制以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等而對于最基礎(chǔ)的一階純滯后系統(tǒng)常用的控制方法主要是PID 控制、不完全微分PID控制.1. 不完全微分PID算法設(shè)計(jì)為了克服上述缺點(diǎn),在PID算法中加一個一階慣性環(huán)節(jié)(低通濾波器)Gf(

4、S)=l/l+Tf(S),將低通濾波器直接加在微分環(huán)節(jié)上,構(gòu)成如圖1的不完全微分PID控制:心圖丨不完全徽分P2控制算法結(jié)構(gòu)圖 Kp K J加1 昇/上() = Up+匕+你將上式離散化U (Q = 1兒微分項(xiàng)(兒輸岀uKLJ D V3/ -1 -寫戚微分方程幾)+7;將上式離散化得U7;(*)/丿()=K嚴(yán)pI. 十匕 卜/八川丿屛)_ k T=K )di dT(丘一1) K T )-1) TK昇打昇g+需鄧式中,T為采樣時間,T為濾波器系數(shù),T】和Td分別為積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù), 令a=Tf/(Tf+T),則T/ (T+TJ =l-a;顯然有l(wèi)a , 1- a =10u(k)=10;

5、endif u(k)=-10Ju(k)=-10;endu_5=u_4;u_4=u_3;u_3二u_2;u_2=u_l;u_l=u(k);y_3=y_2;y_2=y_l;y_l=yout(k);error l=error(k):end figure(l);plot(time,rin,b,time,yout, 1r*);xlabel(* time(s)*):ylabelC rin,yout);4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果系統(tǒng)的設(shè)定輸入值r(K)取單位階躍函數(shù),跟蹤輸出控制曲線如圖3,比較采用普通 PID算法的輸出控制曲線圖4??梢钥闯?,盡管不完全微分PID算法要復(fù)雜一些,但能有 效地改善干擾對系統(tǒng)的影響,改善系

6、統(tǒng)的動態(tài)特性,提高了系統(tǒng)的控制精度。圖3 普通PID算法輸出控制曲線圖4不完全微分PID算法輸出控制曲線5. 結(jié)論及總結(jié)由仿真結(jié)果可以看出,采用不完全微分型PID算法,引入不完全微分后能有效克服普 通PID的不足,盡管不完全微分算法比普通PID控制算法要復(fù)雜的多,但由于其良好的控 制特性,近年來越來越廣泛的應(yīng)用。研究本課題的課題背景和課題綜述即課題在工業(yè)生產(chǎn) 中的應(yīng)用有一個初步的了解,以及自動控制的背景知識,為后面純滯后問題的提出和研究 做好鋪墊。參考文獻(xiàn)1 MATLAB仿真技術(shù)與應(yīng)用作者:張德豐楊文茵出版社:清華大學(xué)出版社出版 年份:2012年2 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第二版 作者:于海生丁軍航

7、潘松峰吳賀榮出版社:清 華大學(xué)出版社出版年份:1999年3 金以慧.過程控制M.清華大學(xué)出版社,1993年:196-2024 潘新民,王燕芳.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M.電子工業(yè)出版社,2002年:281-282課設(shè)體會通過本次課設(shè),我學(xué)會了 matlab軟件的運(yùn)用,對直線插補(bǔ)與逐點(diǎn)比較法平有了 一個深刻的認(rèn)識,遇到問題是,在解決問題的過程中使我對知識有了更深刻的認(rèn)識, 不再像知識把書本上的習(xí)題學(xué)來考試。課程設(shè)計(jì)誠然是一門專業(yè)課,給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升,同時 又是一門講道課,一門辯思課,給了我許多道,給了我很多思,給了我莫大的空間。 同時,設(shè)計(jì)讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)

8、識。通過這次課程設(shè)計(jì), 我掌握了的識別和測試;熟悉了; 了解了方法;以及如何提髙的性能等等,掌握了的 方法和技術(shù),通過查詢資料,也了解了原理。我認(rèn)為,在這學(xué)期的實(shí)驗(yàn)中,不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動手操作的能力,在各種 其它能力上也都有了提高。更重要的是,在實(shí)驗(yàn)課上,我們學(xué)會了很多學(xué)習(xí)的方法。 而這是日后最實(shí)用的,真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn),只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐, 再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。這對于我們的將來也有很大的幫助。以后,不管有多苦,我想我們 都能變苦為樂,找尋有趣的事情,發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國提倡的艱苦奮斗一 樣,我們都可以在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后變的更加成熟,會面對需要面對的事情?;仡櫰鸫苏n程設(shè)計(jì),至今我仍感慨頗多,從理論到實(shí)踐,在這段日子里,可以 說得是苦多于甜,但是可以學(xué)到很多很多的東西,同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的 知識,而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了 理論與實(shí)際相

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