1、控制理論與應用大作業學部：運載工程與力學學部學院：汽車工程學院班級：運英1301學生姓名：盛鑫學號：201373028大連理工大學DalianUniversityofTechnology.作業題目：某直流電機轉速控制系統以以下圖所示，此中電機電樞傳達函數中的參數K為你學號的最后兩位數字。試按以下要求完成設計與解析，可團隊完成，亦可單獨完成，團隊成員不超出三人。直流電機轉速控制系統寫出被控對象的傳達函數。設計PID控制器，解析控制器參數調理對單位階躍響應的影響。在實質工程應用中，常常需要對控制器的輸出進行限幅，請對限幅前后的系統性能進行比較解析，并舉例解析限幅的必需性。目前有多種改進的PID控制

2、算法，請調研此中一種，并介紹其特色。請聯合自動控制系統的基天性能要求、各性能要求之間的關系或自動控制的基根源理，從以下幾個方面中采納一個主題說說本門課程學習對你的影響：（1）自動控制理念對社會、健康、安全、法律或文化的影響；（2）對你將來的研究、實踐、應遵守的工程職業道德和規范、或應履行的責任的影響。.參加人員姓名班級學號主要負責模塊得分盛鑫運英201373028所有1302寫出被控對象的傳達函數。我的學號是201373028，K=28；被控對象的主要環節由G1G4構成，其傳達函數為：經過matlab編寫：s=tf(s);K=28;G1=K/(s+K);G2=13.33/s;G12=feedb

3、ack(G1*G2,1);G3=26347/(s+599);G4=5.2;G=G12*G3*G4G=5.114e07-s3+627s2+1.715e04s+2.236e05設計PID控制器，解析控制器參數調理對單位階躍響應的影響。單位階躍輸入下，系統的希望輸出為1/H(s)=10.0118=84.7458。第一采納比率控制，令Kp分別取4、5、6、7、8，且Ti，Td=0時，繪制系統的階躍響應曲線：s=tf(s);K=28;G1=K/(s+K);G2=13.33/s;G12=feedback(G1*G2,1);G3=26347/(s+599);G4=5.2;G=G12*G3*G4forKp=4

4、:8Gc=feedback(Kp*G,0.0118);step(Gc);holdon;.endlegend(Kp=2,Kp=3,Kp=4,Kp=5,Kp=6);holdoff;Kp調理對單位階躍響應的影響由圖中可以看出，跟著比率系數Kp的增添，超調量增大，系統響應速度加速，同時穩態偏差減小。跟著Kp的連續增添，會使系統不穩固。Kp連續增大系統響應.采納PI控制，固定比率系數Kp=3，令Ti取0.03,0.05,0.07時，繪制該系統的階躍響應曲線：s=tf(s);K=28G1=K/(s+K);G2=13.33/s;G12=feedback(G1*G2,1);G3=26347/(s+599);G

5、4=5.2;G=G12*G3*G4;Kp=1;forTi=0.05:0.02:0.09PIGc=tf(Kp*Ti1,Ti0);%PI控制器傳達函數Gc=feedback(PIGc*G,0.0118);step(Gc);holdon;endlegend(Ti=0.05,Ti=0.07,Ti=0.09);holdoff;Ti調理對單位階躍響應的影響跟著積分時間常數Ti的增添，積分作用就越弱。由圖中可以看出，引入積分環節后，可以除掉系統的穩態偏差，從而改進系統的穩態性能；Ti越大，系統.的超調量越小，系統響應速度減慢；反之，Ti越小，系統的超調量越大，系統響應速度加速，會以致系統的相對穩固性變差。(

6、3)采納PID控制，固定比率系數Kp=3，Ti=0.05，令Td分別取0.005,0.01,0.015時，繪制該系統的階躍響應曲線：s=tf(s);K=28G1=K/(s+K);G2=13.33/s;G12=feedback(G1*G2,1);G3=26347/(s+599);G4=5.2;G=G12*G3*G4;Kp=3;Ti=0.05;forTd=0.0050.010.015PIDGc=tf(Kp*Ti*TdTi1,Ti0);%PID控制器傳達函數Gc=feedback(PIDGc*G,0.0118);step(Gc),holdonendlegend(Td=0.005,Td=0.01,Td

7、=0.015)holdoff;Td調理對單位階躍響應的影響跟著微分時間常數Td的增添，系統的響應速度加速，調理時間減小，超調量降落，穩固性獲取了提升。但系統對擾動的克制能力會減弱。在實質工程應用中，常常需要對控制器的輸出進行限幅，請對限幅前后的系統性能進行比較解析，并舉例解析限幅的必需性。.取控制器參數Kp=3，Ti=0.07，Td=0.01，建立Simulink下的系統仿真模型以以下圖。由示波器ControlValue可以觀察PID控制器的輸出（控制量）曲線在控制量輸出地點增添Saturation模塊，將控制器的輸出限制在-0.50.5之間.并與未限幅的系統性能進行比較解析，用于比較的Sim

8、ulink框架以以下圖。以下圖為Scope2顯示的系統階躍響對付照曲線，可以看出進行控制量限幅后系統的響應速度變慢，這是因為限幅以致控制器的控制強度變弱的緣由。一種改進方法是分段PID控制，即依據偏差的大小，設定不一樣的PID參數。在工程實質中，限幅可防備控制器計算出的過大控制量施加到履行器或被控對象上，從而提高系統運轉的安全性、靠譜性及工作壽命。對于輸出控制，充發散揮了PLC在軟.件連鎖、互鎖方面的專長。目前有多種改進的PID控制算法，請調研此中一種，并介紹其特色。增量式PID控制算法所謂增量式PID是指數字控制器的輸出不過控制量的增量(k)。增量式PID控制系統框圖如圖2-3所示。當履行機

9、構需要的是控制量的增量時，可以由式(2-4)導出供給增量的PID控制算式。依據遞推原理可得:k-1（2-4）u(k-1)=Kpe(k-1)+KIe(j)+Kde(k-1)-e(k-2)j=0用式(2-3)減去式(2-4)，可得：u(k)=u(k-1)+Kpe(k)-e(k-1)+KIe(k)+KDe(k)-2e(k-1)+e(k-2)（2-5）式(2-5)稱為增量式PID控制算法。增量式控制算法的長處是誤動作小，便于實現無擾動切換。當計算機出現故障時，可以保持原值，比較簡單經過加權辦理獲取比較好的控制成效。但是因為其積分截斷效應大，有靜態偏差，溢出影響大。因此在選擇時不行混作一談。請聯合自動控

10、制系統的基天性能要求、各性能要求之間的關系或自動控制的基根源理，從以下幾個方面中采納一個主題說說本門課程學習對你的影響：（1）.自動控制理念對社會、健康、安全、法律或文化的影響；（2）對你將來的研究、實踐、應遵守的工程職業道德和規范、或應履行的責任的影響。自動控制系統的基天性能要求包含穩、準、快三個方面，其余還包含適應性、經濟性等。同一系統這三方面的性能是互相限制的。提升了系統的穩態精度，可能使動向性能變壞；快速性的改進可能會惹起系統的激烈振蕩；安穩性好的系統又可能很緩慢。自動控制的基根源理即是采納不一樣的系統校訂方式，確立被控對象的輸入，以使輸出盡可能吻合給定的最正確要求，從而提升系統性能。法（控制器）的作用可以分為規范作用與社會（被控對象）作用（即產生控制量）。