仿真课程设计--PI控制单闭环直流调速系统仿真设计

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1、大学 - 1 - 目 录 一、摘要 - 3 - 二、课程设计任务 - 3 - 三、课程设计内容 - 3 - 1、PID 控制原理及 PID 参数整定概述 - 3 - 2、基于稳定边界法（临界比例法）的 PID 控制器参数整定算法 - 5 - 3、利用 Simulink 建立仿真模型 - 8 - 4、参数整定过程 - 12 - 5、调试分析过程及仿真结果描述 - 16 - 四、总结 - 17 - 五、参考文献 - 17 - 大学 - 2 - PI 控制单闭环直流调速系统仿真设计 班级：自动化 学号： 姓名： 一、摘要一、摘要 本文通过利用 Matlab 仿真平台设计单闭环直流调速系统， ，包括单

2、闭环直流调速系统 的基本构成和工作原理、 对所设计系统的静态性能指标和动态性能指标进行分析、 根据动态 性能指标设计调节器、根据设计任务书的具体要求设计出系统的 Simulink 仿真模型，验证 所设计系统的性能，通过稳定边界法（临界比例度法）整定 PID 参数，从而达到较好的控制 性能要求， 在这种实践的学习和调试中， 使学生更系统地掌握所学知识并能够应用运动控制 系统设计规范、Matla-simulin 建模方法步骤、计算手册和计算机辅助设计软件进行运动控 制系统的结构设计和参数计算。 在对调速性能有较高要求的领域，如果直流电动机开环系统稳态性能不满足要求，可 利用速度负反馈提高稳态精度，

3、 而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的， 为了消 除系统的静差，可利用积分调节器代替比例调节器。 通过对单闭环调速系统的组成部分可控电源、由运算放大器组成的调节器、晶闸管触 发整流装置、电机模型和测速电机等模块的理论分析，比较原始系统和校正后系统的差别， 得出直流电机调速系统的最优模型。 然后用此理论去设计一个实际的调速系统， 并用 MATLAB 仿真进行正确性的验证。 大学 - 3 - 二、课程设计任务二、课程设计任务 已知单闭环直流调速系统如图所示 （1）请采用试凑法或稳定边界法整定两个 PI 控制器的参数，使系统稳定的前提 下快速性好，并对整个系统进行仿真。 （2）请采用试凑法或

4、稳定边界法整定两个 PI 控制器的参数，使系统稳定的前提 下超调量小，并对整个系统进行仿真。 三、课程设计内容三、课程设计内容 1 1、PIDPID 控制原理及控制原理及 PIDPID 参数整定概述参数整定概述 PIDPID控制原理：控制原理：在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、 微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史， 它以其结构简单、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

5、 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 大学 - 4 - 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。 比例（P）控制 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。偏差一旦产生，控制器立即就发生作用即调节控制输出，使被控量朝着减小 偏差的方向变化，偏差减小的速度取决于比例系数Kp，Kp越大偏差减小的越快， 但是很容易引起振荡，尤其是在迟滞环节比较大的情况下，Kp减小，发生振荡的 可

6、能性减小但是调节速度变慢。但单纯的比例控制存在稳态误差不能消除的缺 点。这里就需要积分控制。 积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控 制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或 简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项” 。积分项对 误差取决于时间的积分， 随着时间的增加， 积分项会增大。这样， 即便误差很小， 积分项也会随着时间的增加而加大， 它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步 减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无 稳态误差。实质就是对偏差累积进行控制，直至偏差为零。积分控制作用始终施 加指向给定值的作用力，有利于消除静差，其效果不仅与偏差大小有关，而且 还与偏差持续的时间有关。简单来说就是把偏差积累起来，一起算总帐。 微分（D）控制 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。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因 是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后组件，具有抑制误差的作