第5章PID系统校正
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1、 在研究系统校正装置时, 为了方便, 将系统中除了校正装置以外的部分, 包括被控对象及控制器的基本组成部分一起, 称为“原有部分”(亦称固有部分或不可变部分)。 因此, 控制系统的校正, 就是按给定的原有部分和性能指标, 设计校正装置。 校正中常用的性能指标包括稳态精度、 相对稳定裕量以及响应速度等。 第5章 自动控制系统的校正 5.1校正的基本概念校正的基本概念校正：校正：采用适当方式，在系统中加入一些参数可调整的采用适当方式，在系统中加入一些参数可调整的 装置（校正装置），用以改变系统结构，进一步装置（校正装置），用以改变系统结构，进一步 提高系统的性能，使系统满足指标要求。提高系统的性能
2、，使系统满足指标要求。校正方式：校正方式： 串联校正，串联校正， 反馈校正，反馈校正， 复合校正复合校正图5-1 校正方式C(s)G c (s) G0 (s) H (s) R(s)+_图5-2 串联校正串联校正比反馈校正更易于实现串联校正比反馈校正更易于实现对信号进行各种必要形式的变换对信号进行各种必要形式的变换。图中，G0(s)和H(s) 为系统的不可变部分，Gc(s) 为校正环节的传递函数校正前系统的闭环传递函数： sHsGsGs001串联校正后系统的闭环传递函数： sHsGsGsGsGsccc001 G2(s) C(s)H (s)G1(s) Gc(s) R(s)+_+图 53 局部反馈校
3、正反馈校正可以消除系统不可变部分中为反馈所包围那部分的参数波动对系统控制性能的影响。l 选择何种校正装置, 主要取决于系统结构的特点、 采用的元件、信号的性质、经济条件及设计者的经验等。l 控制系统的校正不会像系统分析那样只有单一答案, 也就是说,能够满足性能指标的校正方案不是唯一的。在进行校正时还应注意, 性能指标不是越高越好, 因为性能指标太高会提高成本。另外当所要求的各项指标发生矛盾时, 需要折衷处理。 5.2 PID基本控制规律及对性能的影响基本控制规律及对性能的影响5.2.1 比例（P）控制器5.2.2 比例微分（PD）控制器5.2.4 比例积分微分（PID）控制器5.2.3 比例积
4、分（PI）控制器PID控制器介绍 PID含义：比例、积分、微分 历史:70多年 特点：其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的 其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。 5.2.1比例比例(P)控制规律控制规律1.
5、 比例比例(P)控制规律控制规律ekup比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。 微分方程：传递函数：Gc(s)Kp比例控制器实质上是一个具有可调增益的放大器。在串联校正中, 加大控制器增益Kp , 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, 但会降低系统的相对稳定性, 甚至可能造成闭环系统不稳定。因此, 在系统校正设计中, 很少单独使用比例控制规律。具有比例控制规律的控制器, 称为比例(P)控制器。【例5-1】：图为一系统框图，图中 为随动系统的固有部分其开环传递函数为： )(1sG) 1)(1()(2111sTsTsKsG若其中
6、K1=35，T1=0.2s，T2=0.01s。(P142) matlab仿真原系统相对稳定性较差，系统超调量较大，振荡次数较多。 0.5CK 降低系统增益后：降低系统增益后： 使系统的相对稳定性改善，超调量下降，振荡次数减少。 增益降低为原来的1/2，系统的稳态精度变差。综上所述：降低增益，将使系统的稳定性改善，但使降低增益，将使系统的稳定性改善，但使系统的稳态精度变差系统的稳态精度变差。当然，若增加增益，系统性能变化与上述相反。调节系统的增益，在系统的相对稳调节系统的增益，在系统的相对稳定性和稳态精度之间作某种折衷的选择，以满足定性和稳态精度之间作某种折衷的选择，以满足(或兼或兼顾顾)实际系
7、统的要求，是最常用的调整方法之一实际系统的要求，是最常用的调整方法之一 系统存在问题系统存在问题：超调量仍很大：50%，这是由于系统有一个积分和两个惯性环节造成的。dtdekud PD控制器中的微分控制规律, 能反应输入信号的变化趋势, 产生有效的早期修正信号, 以增加系统的阻尼程度, 从而改善系统的稳定性。在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。5.2.2 比例比例-微分微分(PD)控制规律控制规律D的微分方程：PD传递函数：Gc(s)Kp(1Tds)=Kp+KdsD的传递函数：Gc(s)Kds具有比例-微分控制规律的控制器, 称为比例-微分(PD)控制器
