《机电传动控制》——直流电机调速仿真作业

Posted 2020-07-20

《机电传动控制》——直流电机调速仿真作业

胡恒谦  机卓1301  U201310563

一、对PID各调节环节的介绍

　　在PID调节中，各部分的作用如下：

　　比例调节作用：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。是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。

　　积分调节作用：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（System with Steady-state Error）。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。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。 

　　微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成PD或PID控制器。

二、直流电机调速仿真

　　确定P、I、D中的各项参数时，常见的参数调整法有临界比例度法、衰减曲线法和经验法。仿真过程中采用临界比例度法确定了大概的Kp值。仿真过程中原本计划使用PID调节，在若干次调整的过程中，发现PI调节的效果已经比较理想，加入微分环节后调整时间略有上升，故依然采用PI调节。调整参数确定为Kp=90,Ki=30。控制器部分的程序如下图所示。

 

　　电机电流和速度曲线如下图所示。

 

　　进一步细致观察0~0.2S的曲线，如下图。

 

　　可见，该PI控制模型无超调，电流在0.05秒达到稳定值的90%，0.14秒就达到稳定值，调整时间较短。