基于Matlab的时滞系统PID参数稳定域研究_毕业论文 天津职业技术师范大学.docVIP

基于Matlab的时滞系统PID参数稳定域研究 目 录 1 绪论 1 1.1 时滞的产生 1 1.2 纯滞后的定义 2 1.3 纯滞后的特点 3 1.4 时滞系统控制常规方法 3 1.5 本文主要内容 7 2 滞后过程PID控制器参数整定方法 8 2.1 PID控制方法简介 8 2.1.1比例作用 9 2.1.2积分作用 9 2.1.3微分作用 10 2.2 PID控制器性能设计方法 11 2.2.1 PID参数的稳定边界法整定（基于Simulink环境） 11 2.2.2 临界比例度法 13 2.2.3 图解稳定性准则的参数整定方法 14 2.2.4 PI控制器参数稳定域 16 2.2.5 相角裕度和幅值裕度 17 2.2.6仿真算例 18 2.2.7 PID控制器参数稳定域图解法 22 3 一阶时滞系统的PID控制器Matlab/Simulink仿真 28 3.1一阶开环不稳定时滞系统 28 3.2一阶开环稳定时滞系统 29 结束语 32 参考文献 33 致 谢 35以后，才波及被控量，使之受到控制。在工业过程中造成时滞的机理各不相同，可以认为主要由以下几种因素造成的： (1)由控制对象的结构造成的。在控制对象中，由于设备结构和工艺的要求，控制量和被控制量之间有一段距离。这样在被控量发生变化时，由于需要物料的传送、传热、传质等过程，因而要经过一段时间被控量才发生变化，这就产生了时滞。因为被控量是由检测装置测量的，故可以说时滞是由测量点的位置所引起的。 (2)由在线分析仪表造成的。在某些过程控制系统中，为了有效的控制产品的质量，用在线质量分析仪表直接对产品质量进行分析。仪表每分析一次样品都需要一定的时间才能分析出结果，这段时间必然会增加系统的时滞。 (3)由等效辩识模型造成的。前面两种情况中的时滞都是系统中确实存在时间延迟造成的。有些系统中并不存在严格意义下的时间延迟，而只是为了分析上的方便而做的近似，这种近似也是时滞产生的原因之一[4]。 综合上述内容，我们可以把由因素(1) (2)造成的时滞现象归结为纯滞后现象，可以知道纯滞后产生的原因是被控对象的物理性质，以及实际系统变量的测量传递和处理等方面的因素，是一种比较不易忽视的输出对于输入时间的滞后现象。事实上，工业生产过程中的各种由时滞引起的误差都可归结为或者近似归结为纯滞后现象引起的，所以本文将重点转移到对纯滞后系统的研究上。 1.2 纯滞后的定义 对于纯滞后环节，当输入一个信号后输出不立即有所反应，而是经过一定的时间后才会反应出来，而且输入和输出在数值上无不同，仅是在时间上有一定的滞后，称这段时间为纯滞后时间，常用表示。纯滞后环节的输入输出特性如图1-1所示。其中图(a)表示阶跃响应，图(b)为任一时间函数的响应。这种纯滞后的产生通常是由于物料传输时间造成的，此时，纯滞后可用= L/v(L为物料传输距离、v为物料传输速度)来计算。 （a） （b） 在流程工业过程中，生产过程的动态特性一般很复杂（非线性、时变、分布参数等），常常借用实验的方法来测取其动态特性。图1-2为常用的一种实验方法，通过获取生产过程的阶跃响应曲线，来求取纯滞后时间，此时的纯滞后时间我们称为等效纯滞后时间，这种方法在流程工业中普遍采用。 图1-2 实验法求取纯滞后时间 1.3 纯滞后的特点 一般工业过程控制对象的数学模型可以近似表示为： (1-1) 衡量过程具有纯时滞的大小通常采用过程纯滞后时间和过程惯性时间常数T之比/T。当/T 0.5时，称生产过程是具有一般的纯滞后过程。当/T 0.5时，称为具有大纯滞后的过程。 当采用闭环控制回路时，一旦对象具有纯时滞性质，这类控制系统纯时滞时间会使得被控量不能及时反映控制信号的动作，控制信号的作用只有在延迟以后才能反映到被控量；另一方面，当对象受到干扰而引起被控量改变时，控制器产生的控制作用也不能及时对干扰产生抑制作用[5]。 1.4 时滞系统控制常规方法 1942年齐格勒(Ziegler)和尼科尔斯(Nichols)首先提出了动态特性参数法(Z-N调节器参数整定公式)。因此在单变量控制系统中，可以利用常规调节器适应性强，调整方便的特点，经过仔细少量的调整，在控制要求不太苛刻的情况下满足生产过程的要求。这种方法比较简单，但是在精度要求很高的场合下这种方法就不行了，而需要采取其他的控制手段，其中史密斯(Smith)预估补偿方法最有影响。补偿控制是按照过程的特性设想出一种新的模型加入到反馈系统中，以补偿过程的动态特性