PID积分微分比例控制系统动力学学习教案

1、会计学1PID积分微分比例积分微分比例(bl)控制系统动力学控制系统动力学第一页，共104页。PID控制(kngzh)的优点：简单性（直观） 鲁棒性灵活性 PID控制(kngzh)的本质是一个二阶线性控制(kngzh)器第1页/共103页第二页，共104页。离合器接合离合器接合(jih)过程图过程图 离合器是电控机械自动变速器中十分离合器是电控机械自动变速器中十分(shfn)关键的一个工作部件关键的一个工作部件，其工作质量直接影响到换挡的平顺和车辆起步性能的好坏，同时，其工作质量直接影响到换挡的平顺和车辆起步性能的好坏，同时也直接影响到车辆的使用寿命。离合器的起步控制是实现自动操纵也直接影响到

2、车辆的使用寿命。离合器的起步控制是实现自动操纵的难点。的难点。第2页/共103页第三页，共104页。第3页/共103页第四页，共104页。未采用转速控制系统采用PID转速控制系统发动机阶跃响应(xingyng)曲线第4页/共103页第五页，共104页。校正可以总结为比例、积分、微分三种运算及其组合。第5页/共103页第六页，共104页。第6页/共103页第七页，共104页。( )( )( )inoute tr tyt011( )( )( )( )tpDde tu tke te t dtTTdtsTsTksEsUsGDp111)()()(第7页/共103页第八页，共104页。作用的强弱取决于积分

3、时间常数T,T越大，积分作用越弱，反之则越强。n微分环节：反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。第8页/共103页第九页，共104页。( )sin(2)inrtAft连续系统连续系统(xtng)的基本的基本PID仿真仿真2133( )25G sss第9页/共103页第十页，共104页。1.2 连续系统的基本连续系统的基本(jbn)PID仿真仿真第10页/共103页第十一页，共104页。1.2 连续系统连续系统(xtng)的基本的基本PID仿真仿真第11页/共103页第十二页，共104页。PSCKG)(这表明

4、这表明,P控制器的输入信号成比例地反映输出信号控制器的输入信号成比例地反映输出信号。 优点优点:它的作用是调整系统的开环比例系数，提高系统它的作用是调整系统的开环比例系数，提高系统的稳态精度，减低系统的惰性，加快响应速度。的稳态精度，减低系统的惰性，加快响应速度。 缺点缺点:仅用仅用P控制器控制器,过大的开环比例系数不仅会使过大的开环比例系数不仅会使系统的超调量增大系统的超调量增大,而且会使系统稳定裕度变小而且会使系统稳定裕度变小(bin xio),甚至不稳定。甚至不稳定。第12页/共103页第十三页，共104页。11111)(sKTKKKTKGppppspS系统系统(xtng)的闭环传递的闭

5、环传递函数：函数：11Ts)(ty)(trPK带有P控制器的反馈(fnku)控制系统:第13页/共103页第十四页，共104页。sTsGic1)( 在控制系统中,采用积分控制器可以提高(t go)系统的型别,消除或减小稳态误差,使系统的稳态性能得到改善。输出信号和输入信号的关系：deTtuti0)(1)(第14页/共103页第十五页，共104页。带控制器的系统(xtng)输入输出示意图第15页/共103页第十六页，共104页。 缺点：积分控制器的加入会影响系统的稳定性，使系统的稳定裕度减小。带有I控制器的反馈(fnku)控制系统: ) 1(TssK)(ty)(trsTi1第16页/共103页第

6、十七页，共104页。sTKsGipc11)(PI控制器不但(bdn)保持了积分控制器消除稳态误差的“记忆功能”，而且克服了单独使用积分控制消除误差时反应不灵敏的缺点输出信号和输入信号的关系：deTKteKtutipp0)()()(第17页/共103页第十八页，共104页。三种控制(kngzh)作用的对比曲线第18页/共103页第十九页，共104页。sTKsGdpc1)(PD控制只在动态过程中才起作用(zuyng)，对恒定稳态情况起阻断作用(zuyng)。因此，微分控制在任何情况下都不能单独使用。dttdeTteKtudp)()()(第19页/共103页第二十页，共104页。的“预测(yc)”作

7、用三种(sn zhn)控制作用的对比曲线第20页/共103页第二十一页，共104页。sTsTKsGdipc11)(输出信号(xnho)和输入信号(xnho)的关系：dttdeTdeTteKtudtip)()(1)()(0第21页/共103页第二十二页，共104页。PID控制器的频率特性第22页/共103页第二十三页，共104页。佳，对运行工况的适应能力很差第23页/共103页第二十四页，共104页。第24页/共103页第二十五页，共104页。第25页/共103页第二十六页，共104页。达能让左右两部分进行相对转动，旋转(xunzhun)马达的转矩可以调节。第26页/共103页第二十七页，共10

8、4页。车轮的横向摆臂连接。差动液压缸机构两端的距离是可以调节的。第27页/共103页第二十八页，共104页。第28页/共103页第二十九页，共104页。第29页/共103页第三十页，共104页。第30页/共103页第三十一页，共104页。第31页/共103页第三十二页，共104页。第32页/共103页第三十三页，共104页。第33页/共103页第三十四页，共104页。第34页/共103页第三十五页，共104页。第35页/共103页第三十六页，共104页。instance, at an acceleration of 0.2 g the angle is 11while if the accel

9、erationis 0.5 g the angle is 27.第36页/共103页第三十七页，共104页。第37页/共103页第三十八页，共104页。第38页/共103页第三十九页，共104页。第39页/共103页第四十页，共104页。第40页/共103页第四十一页，共104页。第41页/共103页第四十二页，共104页。第42页/共103页第四十三页，共104页。第43页/共103页第四十四页，共104页。第44页/共103页第四十五页，共104页。第45页/共103页第四十六页，共104页。第46页/共103页第四十七页，共104页。第47页/共103页第四十八页，共104页。第48页/

10、共103页第四十九页，共104页。第49页/共103页第五十页，共104页。第50页/共103页第五十一页，共104页。第51页/共103页第五十二页，共104页。000(0,1,2,3)( )( )( )( )()(1)( )(1)kktjjtkT ke t dtTe jTe jde te kTekTe ke kdtTT第52页/共103页第五十三页，共104页。010( )( ( )( )( ( )(1)( )(1)( )( )kDpjkpidjTTu kk e ke je ke kTTe ke kk e kke j TkT第53页/共103页第五十四页，共104页。第54页/共103页第

11、五十五页，共104页。出进行限幅：-10，10。1.3.1位置位置(wi zhi)式式PID控制算法控制算法第55页/共103页第五十六页，共104页。10(1)( (1)( )( (1)(2)kpidju kke kke jk e ke k( )( ( )(1)( )( ( ) 2 (1)(2)pidu kk e ke kke kk e ke ke k ) 1()()(kukuku第56页/共103页第五十七页，共104页。第57页/共103页第五十八页，共104页。1.3.5积分分离积分分离(fnl)PID控制算法及控制算法及仿真仿真第58页/共103页第五十九页，共104页。0( )(

12、)( )( ( )(1)/kpidju kk e kke j Tk e ke kT01( )e k( )e k第59页/共103页第六十页，共104页。第60页/共103页第六十一页，共104页。160)(80sesGs)5()2() 1()2()(kunumkydenky第61页/共103页第六十二页，共104页。第62页/共103页第六十三页，共104页。第63页/共103页第六十四页，共104页。积分失控现象(xinxing)。第64页/共103页第六十五页，共104页。第65页/共103页第六十六页，共104页。第66页/共103页第六十七页，共104页。ssssG1047035.87

13、5235000)(231.3.6抗积分饱和抗积分饱和(boh)PID控制算法及控制算法及仿真仿真第67页/共103页第六十八页，共104页。第68页/共103页第六十九页，共104页。tkiTieiedtte002) 1()()(第69页/共103页第七十页，共104页。10()( )()()kiiiukke ife ke kT第70页/共103页第七十一页，共104页。0)(1)(ABkeAkefBAkeBAkeBBke)()()(第71页/共103页第七十二页，共104页。) 1()()()()()()(10kekekTkekefiekkekkudkiip第72页/共103页第七十三页，共

14、104页。160)(80sesGs第73页/共103页第七十四页，共104页。第74页/共103页第七十五页，共104页。分环节上，右图是将低通滤波器加在整个PID控制器之后。第75页/共103页第七十六页，共104页。1.3.9不完全微分不完全微分(wi fn)PID算法及仿真算法及仿真第76页/共103页第七十七页，共104页。( )(1)( ( )(1)(1)DDDukKa e ke kuksDpDTTkK/fsfTTT1.3.9不完全微分不完全微分(wi fn)PID算法及仿真算法及仿真第77页/共103页第七十八页，共104页。160)(80sesGs11801)(ssQ1.3.9不

15、完全微分不完全微分(wi fn)PID算法及仿真算法及仿真第78页/共103页第七十九页，共104页。1.3.9不完全不完全(wnqun)微分微分PID算法及仿真算法及仿真第79页/共103页第八十页，共104页。第80页/共103页第八十一页，共104页。1.3.10微分微分(wi fn)先行先行PID控制算法及控制算法及仿真仿真第81页/共103页第八十二页，共104页。11)()(sTsTsysuDDD11.3.10微分先行微分先行(xinxng)PID控制算控制算法及仿真法及仿真160)(80sesGsinR (t)=1.0sgn(sin(0.0005At)+0.05sin(0.03A

16、t)11DT s第82页/共103页第八十三页，共104页。1.3.10微分先行微分先行(xinxng)PID控制算法控制算法及仿真及仿真第83页/共103页第八十四页，共104页。1.3.10微分先行微分先行(xinxng)PID控制算控制算法及仿真法及仿真第84页/共103页第八十五页，共104页。)(0)(keke00)()(ekeeke第85页/共103页第八十六页，共104页。第86页/共103页第八十七页，共104页。ssssG1047035.87523500)(23104. 01)(ssQ1.3.11带死区的带死区的PID控制算法及仿真控制算法及仿真(fn zhn)第87页/共1

17、03页第八十八页，共104页。1.3.11带死区的带死区的PID控制算法及仿真控制算法及仿真(fn zhn)第88页/共103页第八十九页，共104页。汽车巡航(xnhng)控制系统组成与原理图 第89页/共103页第九十页，共104页。行驶过程中受到路面坡度、空行驶过程中受到路面坡度、空气阻力等外界因素干扰，因而气阻力等外界因素干扰，因而基于时不变系统得到的控制方基于时不变系统得到的控制方法就难以在各种工况下取得良法就难以在各种工况下取得良好的效果，解决的办法是加入好的效果，解决的办法是加入自适应环节，控制方法能随各自适应环节，控制方法能随各种因素的变化而实时地加以调种因素的变化而实时地加以调整，以适应复杂多变的行驶工整，以适应复杂多变的行驶工况。况。第90页/共103页第九十一页，共104页。第91页/共103页第九十二页，共104页。第92页/共103页第九十三页，共104页。PKITDT c t 20dISEett第93页/共103页第九十四页，共104页。 P0I0D001kju kK e kKe jKe