二自由度 PID 控制系统设计与讨论孙维(安庆师范学院物理与电气工程学院 安徽 安庆 246011）指导老师:杨伟摘要：传统的 PID 控制是一自由度的 PID 控制，只能对系统的一个控制参数进行设定，所以很难在实际控制中得到理想的控制效果.而二自由度 PID 控制系统可以独立设定两个控制参数，使系统的设定值跟踪效果和抑制干扰的效果同时达到最优。本文首先对二自由度 PID 控制方式做以介绍。其次,根据事先选定的被控对象的传递函数对被控系统加以分析,建立被控对象频域特性的二阶系统模型，对控制参数加以整定。再次，根据对几种控制方式的控制效果的比较，做出二自由度 PID 控制方式的选择。最后通过 Matlab 软件进行仿真，并对结果加以分析.关键词：二自由度 PID 控制,设定值跟踪，干扰抑制 一、引言PID 控制方式在工业控制过程中是最常见的方式.但传统的 PID 控制器，无法做到既可以跟踪设定值又可以抑制各种外界干扰.原因在于传统 PID 控制只可以设定一个 PID 控制参数，即一自由度 PID 控制器。在这种控制方法中，PID 控制参数的整定只可以是将目标值跟踪特性和抑制外界干扰特性的折中的处理方法.二自由度的 PID 控制方式是在传统的 PID 控制中想办法整定两套能独立整定的 PID 控制参数，从而使被控制系统的目标值跟踪特性和外界干扰抑制特性可以同时达到最佳的控制效果的控制方式。基于这种理论的基础之上,人们进展了很多智能型的 PID 控制器，比如专家型的 PID 控制器、神经网络PID 控制器、基于遗传算法 PID 控制器等等.本文采纳专家型的二自由度 PID 控制器来提升被控制系统的控制效果.二、二自由度的 PID 控制方式及其选择2。1 控制方式介绍2。1。1 前馈型 PID 控制方式(专家式）目前实际应用中的二自由度 PID 控制方式包括前馈型和滤波型两种。当控制系统中的被控对象参数发生变化时,利用人工改变相应 PID 控制参数及二自由度化系数是比较繁琐的。为了克服这一问题人们设计了一种前馈型的二自由度 PID 控制方式，即专家式自动整定调节器。前馈型 PID 调节器再根据阶跃响应法辨识出被控制对象 G（s)的大致参数后依据整定公式求出使干扰抑制特性达到最佳的 PID 控制参数值，然后依据系统的参数以及为满足系统不同控制品质要求而设定的超调量 δ 的大小，查找出比例尺增益二自由度化系数 α 的值、积分时间二自由度化系数 β 矩阵表，得到相对应的 α、β 值，使系统响应...
