pid控制系统的静、动态特性.ppt

文档介绍：控制系统的静态、动态特性静态: 在自动控制化领域中,把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态。一个稳定系统在阶跃输入量的作用下,经历过渡过程进入静态后,静态下输出量的要求值和实际值之间的误差。我认为:这个稳态误差量就是控制系统的静态特性指标! (下面几张介绍的方法有点难,我个人意见可以直接结合图求出误差就行!) 动态: 在自动控制化领域中,把被控变量随时间变化而变化的不平衡状态称为系统的动态。在某一时刻 t,有一干扰作用于对象,于是系统的输出随时间变化而变化, 因此系统即进入动态过程(过渡过程)。在此过程中,被控变量的变化规律即是控制系统的动态特性(我认为)。在阶跃干扰下、衰减震荡过渡过程中,过渡过程指标主要包括:最大偏差或超调量、衰减比、余差、过渡时间等。因此结合图求出这些指标就行详细可参见课本: P11 第四节、 P13 控制系统的品质指标稳态误差一个稳定系统在输入量或扰动的作用下,经历过渡过程进入静态后,静态下输出量的要求值和实际值之间的误差。记为)( ),()( lim 为输出要求值 tytytye req req t ss???? sseG(s)k - r(t) y(t) e(t) ))()(()()()( ),()(tytykt kytrtet kytr req req?????)( lim tee t ss???为计算稳态误差,应用 Laplace 终值定理,即)()(1 lim )( lim )( lim 0 0sRs kG ss sE te sst???????当输入信号为以下三种典型信号之一时,稳态误差为单位阶跃函数: 单位斜坡函数: 单位加速度函数: )(1 1 lim e, 1)(,1)( 0 sss kG s sRtr s?????)( 1 lim e, 1)(,)( 0 ss 2s ksG s sRttr s????)( 1 lim e, 1)(,2 1)( 20 ss 3 2sG ks s sRttr s????开环系统的误差为)( ))(1()()()(sRsGsYsRsE????对单位阶跃输入,开环系统的稳态误差为对 k=1 的闭环系统,其稳态误差为 G(0) 常称为系统的直流增益,一般远大于 1。)0(1 1 ))(1( lim e 0 ssGs sGs s?????)0(1 1)(1 1 lim e 0 ssGsG s?????反馈能减小稳态误差! 反馈能减小稳态误差! 考虑对象 G(s) 的参数变化对输出的影响,设此时对象为 G(s) +? G(s) ,在开环条件下输出的变化为)()()(sRsGsY???而对闭环系统则有输出的变化为通常)()( ))()((1 )()()()(sRsKsGsG sGsGsYsY????????)( ))(1 ))( ()(1( )()(sRs GK s GK s GK sG sY???????,于是有)()(s GK s GK ???)( ))(1( )()( 2sRs GK sGsY????又由于(1+GK(s)) 在所关心的复频率范围内常称是远大于 1的, 因而闭环系统输出的变化减小了。反馈能减小对象 G(s) 的参数变化对输出的影响! 反馈能减小对象 G(s) 的参数变化对输出的影响! 动态性能指标?上升时间:响应曲线首次从静态值的 10%过渡到 90%所需的时间,记为t r; ?峰值时间:响应曲线第一次达到峰值点的时间,记为 t p。系统动态特性可归结为: 1、响应的快速性,由上升时间和峰值时间表示; 2 、对所期望响应的逼近性,由超调量和调节时间表示。由于这些性能指标常常彼此矛盾,因此必须加以折衷处理。观察系统开环响应,确定待改进之处; 加入比例环节缩短系统响应时间;(动态性能) 加入积分控制减小系统的稳态误差;(静态性能) 加入微分环节改善系统的超调量;(动态性能) 调节 K P,K I,K D,使系统的响应达到最优。 PID 控制器设计的一般原则 PID 控制器 PID 控制器也叫三项控制器,它包括一个比例项,一个积分项和一个微分项,其传递函数为 K P,K I,K D分别为比例增益、积分增益和微分增益。如果令 K D =0 ,就得到比例积分控制器(PI) : 而当 K I =0 时,则得到比例微分控制器(PD) : sKs KKsG D IP???)(s KKsG IP??)(sKKsG DP??)( 增大比例增益 K P一般将加快系统的响应,并有利于减小稳态误差,但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调, 并产生振荡,使稳定性变坏。增大积分增益 K I有利于减小超调,减小稳态误差,但是系统稳态误差消除时间变长。增大微分增益 K D有利于加快系统的响应速度,使系统超调量减小,稳定性增加,但系统对扰动的抑制能力减弱。