如何調(diào)節(jié)pid參數(shù)

1、4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 根軌跡法根軌跡法4.3 BODE4.3 BODE圖法圖法4.4 PID4.4 PID控制控制4.14.1概述概述本章內(nèi)容本章內(nèi)容： 介紹基于傳遞函數(shù)模型的單輸入單輸出、線性、定常、介紹基于傳遞函數(shù)模型的單輸入單輸出、線性、定常、連續(xù)、單位負反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計問題。連續(xù)、單位負反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計問題。設(shè)計要求：設(shè)計要求：用性能指標描述，主要包括用性能指標描述，主要包括穩(wěn)定性穩(wěn)定性動態(tài)性能動態(tài)性能 阻尼程度（超調(diào)量、振蕩次數(shù)、阻尼比）、阻尼程度（超調(diào)量、振蕩次數(shù)、阻尼比）、 響應(yīng)速度（上升時間、峰值時間、調(diào)整時間）響應(yīng)速度（上升時間、峰值時間、調(diào)整時間）1.

2、1. 穩(wěn)態(tài)性能：控制精度（穩(wěn)態(tài)誤差）穩(wěn)態(tài)性能：控制精度（穩(wěn)態(tài)誤差）控制系統(tǒng)具有良好的性能是指控制系統(tǒng)具有良好的性能是指：輸出按要求能準確復現(xiàn)給定信號；輸出按要求能準確復現(xiàn)給定信號；具有良好的相對穩(wěn)定性；具有良好的相對穩(wěn)定性；對擾動信號具有充分的抑制能力。對擾動信號具有充分的抑制能力。校正方案校正方案:)(sGc)(0sGR(s)C(s)串聯(lián)校正串聯(lián)校正)(1sG)(2sG)(sGcR(s)C(s)反饋校正反饋校正設(shè)計方法：設(shè)計方法：根軌跡校正根軌跡校正BodeBode圖法校正圖法校正 性能指標以頻域量的形式給出時，用性能指標以頻域量的形式給出時，用BodeBode法比較合適時法比較合適時域指標

3、包括期望的相角裕度、幅值裕度、諧振峰值、剪切頻域指標包括期望的相角裕度、幅值裕度、諧振峰值、剪切頻率、諧振頻率、帶寬及反映穩(wěn)態(tài)指標的開環(huán)增益、穩(wěn)態(tài)誤差率、諧振頻率、帶寬及反映穩(wěn)態(tài)指標的開環(huán)增益、穩(wěn)態(tài)誤差或誤差系數(shù)等?；蛘`差系數(shù)等。 單位反饋控制系統(tǒng)的性能指標以時域量的形式給出時，單位反饋控制系統(tǒng)的性能指標以時域量的形式給出時，用根軌跡校正方法比較方便。時域指標包括期望的閉環(huán)主導用根軌跡校正方法比較方便。時域指標包括期望的閉環(huán)主導極點的阻尼比和無阻尼自振頻率、超調(diào)量、上升時間和調(diào)整極點的阻尼比和無阻尼自振頻率、超調(diào)量、上升時間和調(diào)整時間等。時間等。4.2 4.2 根軌跡法根軌跡法實質(zhì)實質(zhì)原則原則

4、 通過校正裝置改變系統(tǒng)的根軌跡，從而將一對閉環(huán)主通過校正裝置改變系統(tǒng)的根軌跡，從而將一對閉環(huán)主導極點配置到需要的位置上。導極點配置到需要的位置上。 若在開環(huán)傳遞函數(shù)中增加極點，可以使根軌跡向右移若在開環(huán)傳遞函數(shù)中增加極點，可以使根軌跡向右移動，從而降低系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，增加系統(tǒng)響應(yīng)的調(diào)整時動，從而降低系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，增加系統(tǒng)響應(yīng)的調(diào)整時間。而在開環(huán)傳遞函數(shù)中增加零點，可以導致根軌跡向左間。而在開環(huán)傳遞函數(shù)中增加零點，可以導致根軌跡向左移動，從而增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少系統(tǒng)響應(yīng)的調(diào)整時間。移動，從而增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少系統(tǒng)響應(yīng)的調(diào)整時間。數(shù)學描述數(shù)學描述niimiipsszsksG110)()

5、()()()(00sGKsG miiniizkpKK11)()(sssvesGKsK1)(00)()()(0sGsGsGccccpszsaTsaTssG11)(原系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：原系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：未校正系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：未校正系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：校正裝置的傳遞函數(shù)：校正裝置的傳遞函數(shù)：校正后系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：校正后系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：4.2.14.2.1串聯(lián)超前校串聯(lián)超前校正正 系統(tǒng)可能對于所有的增益值都不穩(wěn)定，也可能雖屬穩(wěn)定，但不具有系統(tǒng)可能對于所有的增益值都不穩(wěn)定，也可能雖屬穩(wěn)定，但不具有理想的瞬態(tài)響應(yīng)特性?？梢栽谇跋蛲ǖ乐写?lián)一個或幾個適當?shù)某袄硐氲乃矐B(tài)響應(yīng)特性?？梢栽谇跋蛲ǖ乐写?lián)一個或

6、幾個適當?shù)某靶Ｕb置。校正裝置。一、根軌跡的幾何設(shè)計方法一、根軌跡的幾何設(shè)計方法 根據(jù)動態(tài)性能指標要求確定閉環(huán)主導極點根據(jù)動態(tài)性能指標要求確定閉環(huán)主導極點S S1 1的希望位置。的希望位置。 計算出需要校正裝置提供的補償相角計算出需要校正裝置提供的補償相角 c c確定校正裝置的參數(shù)確定校正裝置的參數(shù) 采用帶慣性的采用帶慣性的PDPD控制器控制器采用采用PDPD控制器控制器驗算性能指標驗算性能指標 )(36018010sGic2/ )(cppctgssp)Im()Re(1111Im( )Re( )czszstg極點位置 零點位置 位置的確定方法ccpz ,同理同理2/ )(czpzjcPcZS

7、 S1 12c2幾何法串聯(lián)超前校正函數(shù)幾何法串聯(lián)超前校正函數(shù) 慣性慣性PDPD控制器控制器ngc,dgc=lead1(ng0,dg0,s1)ngc,dgc=lead1(ng0,dg0,s1) PDPD控制器控制器ngc,dgc=lead2(ng0,dg0,s1)ngc,dgc=lead2(ng0,dg0,s1) 常用的設(shè)計函數(shù)常用的設(shè)計函數(shù) s=bpts2s(bp,ts,delta) s=bpts2s(bp,ts,delta) s=kw2s(kosi,wn) s=kw2s(kosi,wn) kosi,wn=s2kw(s) kosi,wn=s2kw(s) pos,tr,ts,tp=stepcha

8、r(g,delta) pos,tr,ts,tp=stepchar(g,delta) 例例4 41 1：設(shè)單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：設(shè)單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)期望性能指標要求：系統(tǒng)期望性能指標要求：開環(huán)增益開環(huán)增益 ；單位階躍響應(yīng)的特征量：單位階躍響應(yīng)的特征量：試確定：試確定：帶慣性的帶慣性的PDPD控制器的串聯(lián)超前校正參數(shù)控制器的串聯(lián)超前校正參數(shù)1.1. PDPD控制器的串聯(lián)超前校正參數(shù)控制器的串聯(lián)超前校正參數(shù))20)(5()(0sssksG12vK%25p)02. 0(7 . 0sts二、根軌跡的解析設(shè)計方法二、根軌跡的解析設(shè)計方法TsaTssGc11)() 1(a設(shè)串聯(lián)超

9、前校正裝置的傳遞函數(shù)為設(shè)串聯(lián)超前校正裝置的傳遞函數(shù)為 確定所求的確定所求的 、 需滿足的方程：需滿足的方程：aTjjceeMTsaTsKsGsGK 111)()(001100010)(jeMsG111jeMs ) 1(11101101 jjjjeMTeMKeeMTacossiniei由復數(shù)歐拉公式：由復數(shù)歐拉公式：根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)特性要求，確定根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)特性要求，確定 和和1sK利用上述方程可分為實部、虛部，確定未知數(shù)利用上述方程可分為實部、虛部，確定未知數(shù) Ta,0010101sin)sin(sinKMMKMaT011001sinsin)sin(MKMTngc,dgc=lead3(

10、ng0,dg0,KK,s1)ngc,dgc=lead3(ng0,dg0,KK,s1) 例例4.24.2：同例同例4.14.1，試用根軌跡解析法確定超前校正裝置。，試用根軌跡解析法確定超前校正裝置。 解析法串聯(lián)超前校正函數(shù)解析法串聯(lián)超前校正函數(shù) 4.2.24.2.2串聯(lián)滯后校正串聯(lián)滯后校正 如果原系統(tǒng)具有滿意的動態(tài)響應(yīng)特性，但是其穩(wěn)態(tài)特性不能令如果原系統(tǒng)具有滿意的動態(tài)響應(yīng)特性，但是其穩(wěn)態(tài)特性不能令人滿意，可以通過在前向通道中串聯(lián)一個滯后校正裝置來解決，既人滿意，可以通過在前向通道中串聯(lián)一個滯后校正裝置來解決，既增大了開環(huán)增益，又使動態(tài)響應(yīng)特性不發(fā)生明顯變化。增大了開環(huán)增益，又使動態(tài)響應(yīng)特性不發(fā)生

11、明顯變化。 一、根軌跡的幾何設(shè)計方法一、根軌跡的幾何設(shè)計方法 根據(jù)動態(tài)指標要求，確定閉環(huán)主導極點根據(jù)動態(tài)指標要求，確定閉環(huán)主導極點 的希望位置的希望位置 1s求取未校正系統(tǒng)根軌跡上的對應(yīng)于閉環(huán)主導極點的開環(huán)增益求取未校正系統(tǒng)根軌跡上的對應(yīng)于閉環(huán)主導極點的開環(huán)增益 1KniimiipzkK111)()(miiniizspssk11111計算期望的開環(huán)增益計算期望的開環(huán)增益 ，并求取，并求取 KKKa/1確定滯后校正裝置的確定滯后校正裝置的 和和 czcp令令 取小于取小于1 1的正數(shù)。并驗證的正數(shù)。并驗證否則重新選擇否則重新選擇 。2221111nnnnjcjcs21,ccppe21snstt)

12、1ln(121s)1180sin(sin21tgznc)50(cczap或或cpT/1KKa/1驗算性能指標驗算性能指標 例例4.34.3：設(shè)單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：設(shè)單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：指標要求：指標要求：（1 1）開環(huán)增益）開環(huán)增益 ；（2 2）單位階躍響應(yīng)的特征量：）單位階躍響應(yīng)的特征量： ， 。試確定串聯(lián)滯后校正裝置的參數(shù)試確定串聯(lián)滯后校正裝置的參數(shù) 和和 )20)(10)(4(800)(0ssssksG112sKv%20p)05. 0(6 . 2stsczcpngc,dgc,k=lag1(ng0,dg0,KK,s1,a) ngc,dgc,k=lag1(ng0,dg

13、0,KK,s1,a) 串聯(lián)滯后校正函數(shù)串聯(lián)滯后校正函數(shù)二、根軌跡的解析設(shè)計方法二、根軌跡的解析設(shè)計方法 采用根軌跡的解析設(shè)計方法設(shè)計滯后校正裝置與超前校正裝置的方法相同，設(shè)滯后校正裝置的傳遞函數(shù)為： TsaTssGc11)() 1(a例例4.44.4：同例同例4.34.3，試采用解析方法確定串聯(lián)滯后校正的傳遞函數(shù)。，試采用解析方法確定串聯(lián)滯后校正的傳遞函數(shù)。4.3 Bode4.3 Bode圖法圖法基本要求基本要求 為了獲得比較高的開環(huán)增益及滿意的相對穩(wěn)定性，必為了獲得比較高的開環(huán)增益及滿意的相對穩(wěn)定性，必須改變開環(huán)頻率特性響應(yīng)曲線的形狀，這主要體現(xiàn)為：在須改變開環(huán)頻率特性響應(yīng)曲線的形狀，這主要

14、體現(xiàn)為：在低頻區(qū)和中頻區(qū)增益應(yīng)該足夠大，且中頻區(qū)的對數(shù)幅頻特低頻區(qū)和中頻區(qū)增益應(yīng)該足夠大，且中頻區(qū)的對數(shù)幅頻特性的斜率應(yīng)為性的斜率應(yīng)為-20dB/dec-20dB/dec，并有足夠的帶寬，以保證適當，并有足夠的帶寬，以保證適當?shù)南嘟窃６?；而在高頻區(qū)，要使增益盡可能地衰減下來，的相角裕度；而在高頻區(qū)，要使增益盡可能地衰減下來，以便使高頻噪聲的影響達到最小。以便使高頻噪聲的影響達到最小。BodeBode圖設(shè)計方法的頻域圖設(shè)計方法的頻域指標為指標為 。Kc,基本思路基本思路 在在BodeBode圖中的對數(shù)頻率特性的低頻區(qū)表征了閉環(huán)系統(tǒng)圖中的對數(shù)頻率特性的低頻區(qū)表征了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性，中頻區(qū)表征了系

15、統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，而高頻區(qū)的穩(wěn)態(tài)特性，中頻區(qū)表征了系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，而高頻區(qū)表征了系統(tǒng)的抗干擾特性。在大多數(shù)實際情況中，校正問表征了系統(tǒng)的抗干擾特性。在大多數(shù)實際情況中，校正問題實質(zhì)上是在穩(wěn)態(tài)精度和相對穩(wěn)定性之間取折衷的問題。題實質(zhì)上是在穩(wěn)態(tài)精度和相對穩(wěn)定性之間取折衷的問題。4.3.14.3.1串聯(lián)超前校正串聯(lián)超前校正一、一、BodeBode圖的幾何設(shè)計方法圖的幾何設(shè)計方法1 1根據(jù)穩(wěn)態(tài)指標要求確定未校正系統(tǒng)的型別和開環(huán)增益，根據(jù)穩(wěn)態(tài)指標要求確定未校正系統(tǒng)的型別和開環(huán)增益，并繪制其并繪制其BodeBode圖；圖；2 2根據(jù)動態(tài)指標要求確定超前校正裝置的參數(shù)；根據(jù)動態(tài)指標要求確定超前校正裝置的參數(shù)

16、；第一種情形：給出了 的要求值（1）確定超前校正所應(yīng)提供的最大超前相角（2）求解 的值c5)(1800cmjGammasin1sin1ajGmlg10)(lg200（確定 ） m如果如果 ，說明，說明 值選擇合理，能夠滿足相角裕值選擇合理，能夠滿足相角裕度要求，否則按如下方法重新選擇度要求，否則按如下方法重新選擇 的值：的值：cmaa20)(1cjGaajGclg10)(lg20011sin1aammm若若 ，則，則 正確，否則重新調(diào)整正確，否則重新調(diào)整 值。值。aaTacm1（3 3）由）由 求出求出 的值。的值。 T第二種情形：未給出第二種情形：未給出 的期望值的期望值（1 1）確定串聯(lián)超

17、前校正所應(yīng)提供的最大超前相角）確定串聯(lián)超前校正所應(yīng)提供的最大超前相角（2 2）根據(jù)）根據(jù) 求出求出 的值；的值；5)(1800cmjGmmasin1sin1ac（3 3）根據(jù)）根據(jù) 求出求出 ；（4 4）根據(jù)）根據(jù) 求出求出 的值。的值。ajGclg10)(lg200cTacm1T3驗算性能指標驗算性能指標 對于三階及其以上的高階系統(tǒng)應(yīng)該驗證幅值裕度，并評對于三階及其以上的高階系統(tǒng)應(yīng)該驗證幅值裕度，并評價系統(tǒng)抑制干擾的能力。價系統(tǒng)抑制干擾的能力。ngc,dgc=lead4(ng0,dg0,KK,Pm,w)ngc,dgc=lead5(ng0,dg0,KK,Pm,wc,w)ngc,dgc=lead

18、6(ng0,dg0,KK,wc)函數(shù)函數(shù)其中：其中：Pm Pm 期望的相角裕度期望的相角裕度 wc wc 期望的剪切頻率期望的剪切頻率 w w 指定的指定的BodeBode圖頻率范圍圖頻率范圍 ssGc1)(2KgdBKg6lg20或或例例4.54.5：設(shè)被控對象的傳遞函數(shù)：設(shè)被控對象的傳遞函數(shù)其設(shè)計要求：其設(shè)計要求： ， ， rad/s rad/s ， dBdB。試設(shè)計帶有慣性環(huán)節(jié)的并聯(lián)超前校正控制器。試設(shè)計帶有慣性環(huán)節(jié)的并聯(lián)超前校正控制器。1000K 45165c15log20Kg) 11 . 0)(1001. 0()(0sssKsG二、二、BodeBode圖的解析設(shè)計方法圖的解析設(shè)計方法

19、)sin()cos(111ccKMT)sin(1)cos(1111cccKMKMaT設(shè)計校正裝置設(shè)計校正裝置 （ ）的步驟如下：）的步驟如下：1 1、根據(jù)、根據(jù) ，可得到，可得到2 2、利用方程可分為實部、虛部兩個方程，求出、利用方程可分為實部、虛部兩個方程，求出 、 值值TsaTsKsGcc11)(1a)180(01)()(jcccejGjG11011)()(jcccccceMjTjaTKjGjGaT110)(jceMjG其中其中cossiniei由復數(shù)歐拉公式：由復數(shù)歐拉公式：ngc,dgc=lead7(ng0,dg0,KK,Pm,wc,w)ngc,dgc=lead7(ng0,dg0,KK

20、,Pm,wc,w) 函數(shù)函數(shù))20030(400)(20ssssG例例4.74.7：設(shè)被控對象的傳遞函數(shù)：設(shè)被控對象的傳遞函數(shù)設(shè)計要求：設(shè)計要求： 10K 4514cw用用BodeBode圖解析法設(shè)計串聯(lián)超前校正控制器圖解析法設(shè)計串聯(lián)超前校正控制器4.3.2 4.3.2 串聯(lián)遲后校正串聯(lián)遲后校正描述：描述：串聯(lián)滯后校正的主要作用在不改變系統(tǒng)動態(tài)特性的前串聯(lián)滯后校正的主要作用在不改變系統(tǒng)動態(tài)特性的前提下，提高系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)，使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減小，提下，提高系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)，使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減小，并保證一定的相對穩(wěn)定性。設(shè)滯后校正裝置的傳遞函數(shù)為并保證一定的相對穩(wěn)定性。設(shè)滯后校正裝置的傳遞函

21、數(shù)為 TsaTssGc11)(1a一、一、BodeBode圖的幾何設(shè)計方法圖的幾何設(shè)計方法1 1根據(jù)穩(wěn)態(tài)指標確定未校正系統(tǒng)的型別和開環(huán)增益，并繪根據(jù)穩(wěn)態(tài)指標確定未校正系統(tǒng)的型別和開環(huán)增益，并繪制其制其BodeBode圖；圖；2 2根據(jù)動態(tài)指標要求確定滯后校正裝置的參數(shù)；根據(jù)動態(tài)指標要求確定滯后校正裝置的參數(shù)；第一種情形：給出了第一種情形：給出了 的要求值的要求值（1 1）根據(jù)）根據(jù) 求出求出 ；（2 2）為了減少滯后校正對系統(tǒng)）為了減少滯后校正對系統(tǒng) 的影響，的影響， 通常取通常取 并求出并求出 ；第二種情形：未給出第二種情形：未給出 的要求值的要求值 若相角裕度若相角裕度 不足，找出滿足不足

22、，找出滿足 （可加（可加 的裕量）的頻的裕量）的頻率點率點 作為校正系統(tǒng)的剪切頻率，然后按第一種情形處理。作為校正系統(tǒng)的剪切頻率，然后按第一種情形處理。 3 3驗算性能指標驗算性能指標ajGclg20)(lg200)(10cjGacaT)10/15/1 (/1)/(10caTccc125例例4.84.8：設(shè)被控對象的傳遞函數(shù)為：設(shè)被控對象的傳遞函數(shù)為：其設(shè)計要求：其設(shè)計要求： ， 。)5(10)(0sssG20K 70例例4.94.9：設(shè)被控對象的傳遞函數(shù)為：設(shè)被控對象的傳遞函數(shù)為：其設(shè)計要求：其設(shè)計要求： ， rad/srad/s， 。) 12 . 0)(11 . 0()(0sssKsG25

23、K5 . 2c 40ngc,dgc=lag2(ng0,dg0,w,KK,Pm) ngc,dgc=lag2(ng0,dg0,w,KK,Pm) ngc,dgc=lag3(ng0,dg0,w,KK,Pm,wc)ngc,dgc=lag3(ng0,dg0,w,KK,Pm,wc)函數(shù)函數(shù)二、二、BodeBode圖的解析設(shè)計方法圖的解析設(shè)計方法 采用這種方法設(shè)計校正裝置采用這種方法設(shè)計校正裝置 （ ），），其實現(xiàn)方法與其實現(xiàn)方法與lead7( )lead7( )完全相同。完全相同。TsaTsKsGcc11)(1a例例4.104.10：同例：同例4.84.8，且，且 rad/s ,rad/s ,用解析法設(shè)計串

24、聯(lián)遲用解析法設(shè)計串聯(lián)遲后校正控制器。后校正控制器。5 . 1c4.3.4 4.3.4 反饋校正反饋校正反饋的作用反饋的作用1 1、比例負反饋可以減弱為其包圍環(huán)節(jié)的慣性，從而將擴、比例負反饋可以減弱為其包圍環(huán)節(jié)的慣性，從而將擴 展該環(huán)節(jié)的帶寬；展該環(huán)節(jié)的帶寬；2 2、負反饋可以減弱參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響；、負反饋可以減弱參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響；3 3、負反饋可以消除系統(tǒng)不可變部分中的不希望有的特性；、負反饋可以消除系統(tǒng)不可變部分中的不希望有的特性；4 4、負反饋可以削弱非線性影響；、負反饋可以削弱非線性影響；5 5、正反饋可以提高反饋環(huán)路的增益。、正反饋可以提高反饋環(huán)路的增益。 在位置隨動系

25、統(tǒng)中，常常采用速度反饋這種形式來在位置隨動系統(tǒng)中，常常采用速度反饋這種形式來提高系統(tǒng)的控制性能。提高系統(tǒng)的控制性能。 基本原理基本原理設(shè)控制系統(tǒng)的方塊如下所示，其中為 反饋校正環(huán)節(jié) )(sH當當 時，內(nèi)反饋環(huán)的傳遞函數(shù)為時，內(nèi)反饋環(huán)的傳遞函數(shù)為1)()(0jHjG)(1)()(1)()(000jHjHjGjGj)()()()(21jHjGjGj系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為設(shè)計設(shè)計 使上式與系統(tǒng)的期望幅頻特性的中頻段特性相一致使上式與系統(tǒng)的期望幅頻特性的中頻段特性相一致)(sH1) 1()(12sTsTsKsHph設(shè)設(shè) ， 為反饋增益，為反饋增益， 為微分的階次。為微分的階次。 hK

26、2 , 1 , 0p 為放大環(huán)節(jié)，為放大環(huán)節(jié)， 為積分環(huán)節(jié)，開環(huán)傳遞函數(shù)可構(gòu)造為：為積分環(huán)節(jié)，開環(huán)傳遞函數(shù)可構(gòu)造為：)(1sG)(2sG) 1() 1()(221sTssTKs設(shè)計步驟設(shè)計步驟1 1、根據(jù)給定期望閉環(huán)的時域指標求取期望的頻域指標、根據(jù)給定期望閉環(huán)的時域指標求取期望的頻域指標2 2、根據(jù)開環(huán)期望頻率特性的頻域指標，確定系統(tǒng)的中頻、根據(jù)開環(huán)期望頻率特性的頻域指標，確定系統(tǒng)的中頻段參數(shù)段參數(shù)3 3、由于期望對數(shù)幅頻特性穿越、由于期望對數(shù)幅頻特性穿越0dB0dB線，可得中頻段增益線，可得中頻段增益4 4、取中頻段的倒特性，即可求取校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。、取中頻段的倒特性，即可求取校正環(huán)節(jié)

27、的傳遞函數(shù)。 ) 1(4 . 016. 0rpM)8 . 11 (rMrM1sin1sin1sin1h) 1(5 . 2) 1(5 . 122rrcsMMtchhT12122chT121111) 1()() 1(221TjjTjKcccK例例4.124.12：火炮系統(tǒng)方框圖下所示。：火炮系統(tǒng)方框圖下所示。試設(shè)計反饋校正環(huán)節(jié)試設(shè)計反饋校正環(huán)節(jié) ，以滿足下列要求：，以滿足下列要求： )(sHc11000sK%30p)05. 0(5 . 2sts19 . 010s) 1007. 0(2ss)(sHcR（s）C（s）4.4 PID4.4 PID控制控制描述描述設(shè)連續(xù)設(shè)連續(xù)PIDPID控制器的傳遞函數(shù)為

28、：控制器的傳遞函數(shù)為： )11 ()(sTsTKsGdipc PID PID控制器具有簡單的控制結(jié)構(gòu)，在實際應(yīng)用中又較易控制器具有簡單的控制結(jié)構(gòu)，在實際應(yīng)用中又較易于整定，因此它在工業(yè)過程控制中有著最廣泛的應(yīng)用。大于整定，因此它在工業(yè)過程控制中有著最廣泛的應(yīng)用。大多數(shù)多數(shù)PIDPID控制器是現(xiàn)場調(diào)節(jié)的，可以根據(jù)控制原理和控制效控制器是現(xiàn)場調(diào)節(jié)的，可以根據(jù)控制原理和控制效果對果對PIDPID控制器進行精確而細致的現(xiàn)場調(diào)節(jié)?？刂破鬟M行精確而細致的現(xiàn)場調(diào)節(jié)。 典型典型PIDPID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖)(sGc)(0sG4.4.14.4.1比例、積分、微分控制作的分析比例、積分、微分控制作的分

29、析1 1、比例控制、比例控制 結(jié)論：結(jié)論：比例系數(shù)增大，閉環(huán)系統(tǒng)的靈敏度增加，穩(wěn)態(tài)比例系數(shù)增大，閉環(huán)系統(tǒng)的靈敏度增加，穩(wěn)態(tài)誤差減小，系統(tǒng)振蕩增強；比例系數(shù)超過某個值時，閉誤差減小，系統(tǒng)振蕩增強；比例系數(shù)超過某個值時，閉環(huán)系統(tǒng)可能變得不穩(wěn)定。環(huán)系統(tǒng)可能變得不穩(wěn)定。例例4.134.13：設(shè)被控對象的數(shù)學模型為：設(shè)被控對象的數(shù)學模型為分析比例、微分、積分控制對系統(tǒng)的影響。分析比例、微分、積分控制對系統(tǒng)的影響。30) 1(1)(ssG2 2、積分控制、積分控制 結(jié)論結(jié)論：可以提高系統(tǒng)的型別，使系統(tǒng)由有差變?yōu)闊o差；：可以提高系統(tǒng)的型別，使系統(tǒng)由有差變?yōu)闊o差；積分作用太強會導致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分作用太強

30、會導致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。3 3、微分控制、微分控制 結(jié)論：結(jié)論：微分具有預(yù)報作用，會使系統(tǒng)的超調(diào)量減小，微分具有預(yù)報作用，會使系統(tǒng)的超調(diào)量減小，響應(yīng)時間變快。響應(yīng)時間變快。4 4、不完全微分控制、不完全微分控制 結(jié)論：結(jié)論：解決了完全微分的物理實現(xiàn)性問題；當解決了完全微分的物理實現(xiàn)性問題；當N=10N=10的時候，不完全微分近似于完全微分作用；不完全微分的時候，不完全微分近似于完全微分作用；不完全微分解決了完全微分作用對階躍信號第一拍的輸出為無窮大，解決了完全微分作用對階躍信號第一拍的輸出為無窮大，以后各拍微分作用的輸出為零的問題；以后各拍微分作用的輸出為零的問題；)/111 ()(NsTsTs

31、TKsGddipc5 5、微分先行控制、微分先行控制 結(jié)論：具有和完全微分相同的作用，改善了完全微分的不結(jié)論：具有和完全微分相同的作用，改善了完全微分的不足：足：解決了完全微分控制對階躍性誤差信號（主要有階躍解決了完全微分控制對階躍性誤差信號（主要有階躍給定引起）在第一拍會輸出很大的控制量而在第一拍后微給定引起）在第一拍會輸出很大的控制量而在第一拍后微分作用都為零的問題。分作用都為零的問題。)11(sTKipNsTsTdd/1對象模型對象模型4.4.2 Ziegler-Nichols4.4.2 Ziegler-Nichols（齊格勒（齊格勒尼柯爾斯）整定法則尼柯爾斯）整定法則 由于很難獲取被控對象的精確數(shù)學模型，所以用理論由于很難獲取被控對象的精確數(shù)學模型，所以用理論計算得到的計算得到的PIDPID參數(shù)應(yīng)用到實際系統(tǒng)后，控制效果不會很參數(shù)應(yīng)用到實際系統(tǒng)后，控制效果不會很好，甚至引起振蕩。齊格勒好，甚至引起振蕩。齊格勒尼柯爾斯是一種工程整定方尼柯爾斯是一種工程整定方法，可以在不知道對象模型的前提下，確定法，可以在不知道對象模型的前提下，確定PIDPID參數(shù)。齊參數(shù)。齊格勒格勒尼柯爾斯調(diào)節(jié)律有兩種方法，其目標都是使閉環(huán)系尼柯爾斯調(diào)節(jié)律有兩種方法，其目標都是使