第七章PID控制与鲁棒控制

第七章 PID控制与鲁棒控制 7.1 引言 一、PID 控制概述 目前，基于PID控制而发展起来的各类控制策略不下几十种，如经典的Ziegler-Nichols算法和它的精调算法、预测 PID算法、最优 PID算法、控制PID算法、增益裕量/相位裕量 PID设计、极点配置 PID算法、鲁棒 PID等。本节主要介绍 PID控制器的基本工作原理及几个典型设计方法。 1、三种控制规律 P控制: pKG    eKp ，但稳定性； I控制: sTGi1； D控制: ，sTGd； 2、PID的控制作用 （1） PD控制:    dttduTKtuKtudpp112   sKKsTKsUsUGDpdp112 PD有助于增加系统的稳定性. PD增加了一个零点DpKKz,提高了系统的阻尼,可改善暂态性能. （2） PI控制:    dttuTKtuKtutipp0112  sKKsTKsGIpip11 PI提高了系统按稳态误差划分的型. （3）PID控制    dttduTKdttuTKuKtudptipp10112  sKdKKsGDIp 7.2 PID控制器及其参数的调整 一、PID 控制概述 1 、PID控制器的工作原理 下图为它的控制结构框图，典型PID 为滞后－超前校正装置。 由图可见，PID控制器是通加对误差信号e(t)进行比例、积分和微分运算，其结果的加权，得到控制器的输出u(t)，该值就是控制对象的控制值。PID控制器的数学描述为：    dttdeTdtteTteKtudtip01)( 式中u(t)为控制输入，e(t)=r(t)-c(t)为误差信号，r(t)为输入量，c(t)为输出量。 下面对PID中常用的比例P、比例－积分PI、比例－微分PD和比例－积分－微分PID四种调节器作一简要分析，从而对比例、微分和积分作用有一个初步的认识。 （1）比例调节器—比例的作用 比例调节器的传递函数 ， ，即在 PID控制器中使 ， 。 根据前面所学，为了提高系统的静态性能指标，减少系统的静态误差，一个可行的办法是提高系统的稳态误差系数，即增加系统的开环增益。显然，若使 增大，可满足上述要求。然而，只有当 ，系统的输出才能跟踪输入，而这必将破坏系统的动态性能和稳定性。 （2）比例积分调节器—积分的作用 在 PID调节器中，当 时，控制输出u(t)与 e(t)具有如下关系： 首先，通过比较比例调节器和比例积分调节器可以发现，为使 ，在比例调节器中， ，这样若 存在较大的扰动，则输出u(t)也很大，这不仅会影响系统的动态性能，...