双容水箱实验报告(采用PID+模糊控制)。doc(2)

③PB过小，Ti过短，Td太长都会导致振荡衰减得慢，甚至不衰减，其区别是PB过小，振荡周期较短；Ti过短，振荡周期较长；Td太长，振荡周期最短。

④如果在整定过程中出现等幅振荡，并且通过改变调节器参数而不能消除这一现象时，可能是阀门定位器调校不准，调节阀传动部分有间隙（或调节阀尺寸过大）或控制对象受到等幅波动的干扰等，都会使被控量出现等幅振荡。这时就不能只注意调节器参数的整定，而是要检查与调校其它仪表和环节。

（2）衰减曲线法

该方法是以4：1衰减作为整定要求的，先切除调节器的积分和微分作用 ，用凑试法整定纯比例控制作用的比例度PB（比同时凑试二个或三个参数要简单得多），使之符合4：1衰减比例的要求，记下此时的比例度PBs和振荡周期Ts。如果加进积分和微分作用，可按相应的表格给出经验公式进行计算。若按这种方式整定的参数作适当的调整。对有些控制对象，控制过程进行较快，难以从记录曲线上找出衰减比。这时，只要被控量波动2次就能达到稳定状态，可近似认为是4：1的衰减过程，其波动一次时间为Ts。

（3）临界比例度法

用临界比例度法整定调节器参数时，先要切除积分和微分作用，让控制系统以较大的比例度，在纯比例控制作用下运行，然后逐渐减小PB，每减小一次都

基于fuzzy---pid控制器的双容水箱液位控制系统仿真

要认真观察过程曲线，直到达到等幅振荡时，记下此时的比例度PBk(称为临界比例度)和波动周期Tk，然后按对应的表给出的经验公式求出调节器的参数值。按该表算出参数值后，要把比例度放在比计算值稍大一点的值上，把Ti和Td放在计算值上，进行现场观察，如果比例度可以减小，再将PB放在计算值上。这种方法简单，应用比较广泛。但对PBk很小的控制系统不适用。

（4）反应曲线法

前三种整定调节器参数的方法，都是在预先不知道控制对象特性的情况下进行的。如果知道控制对象的特性参数，即时间常数T、时间迟延ξ和放大系数K，则可按经验公式计算出调节器的参数。利用这种方法整定的结果可达到衰减率φ=0.75的要求 。

3.3 临界比例度法

在本设计中，我们组采用了临界比例度法来进行PID参数的整定，下面是用临界比例度法整定PID参数的过程

在simulink中设计简单的PID控制系统结构图如下：

图3-4

采用临界比例度法整定PID参数，先切除积分和微分作用，让控制系统以较大的比例度，在纯比例控制作用下运行，然后逐渐减小PB，直到达到等幅振荡时，记下此时的比例系数约为2.45 (称为临界比例度)和波动周期Tk约为32s，如下图：

基于fuzzy---pid控制器的双容水箱液位控制系统仿真

图3-5

然后按对应的表给出的经验公式求出调节器的参数值。仅加入比例环节时，设P为1.225，系统阶跃响应图如下：

图3-6

由图知系统超调量较小，调节时间为120s左右，但是存在较大的稳态误差为0.3左右，由前面分析欲减小稳态误差需加入积分环节，设P为1.1，Ti为0.0375，此时系统阶跃响应图如下：

基于fuzzy---pid控制器的双容水箱液位控制系统仿真

图3-7

由图知加入积分环节后系统的稳态误差大大减小，也验证了其消除误差的作用，但是调节时间加长到约为140s，同时超调量加大近38%，使用PID控制器：

图3-8

系统稳态误差基本为零，调节时间略有减小，但是超调量接近50%，远远达不到系统动态性能的要求。减小比例系数后发现系统超调量逐渐下降，但是响应速度逐渐减慢，调节时间增加，于是增大微分时间常数以加快响应速度，根据经验法逐步调整各参数，得基本满足系统动态性能的图形如下：

基于fuzzy---pid控制器的双容水箱液位控制系统仿真

图3-9

此时系统各项指标基本令人满意，只是调节时间稍长，为80s左右。

采用临界比例度法得到的PID参数为： Kp=1.47 Ki=0.0625 Kd=4

3.4 PID参数的确定

该控制器采用的是临界比例系数法对PID参数进行初步整定，然后根据控制的效果，对PID参数进行调整。最后确定的PID参数为：

Kp=2.8

Ki=0.007 Kd=20

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第四章．控制结构

在这次设计中，我们首先对系统的传递函数

G0(S)

1

6400S

2

160S 1

e

10S

进行根轨迹校正和波的图校正，然后采用调整系统控制量的模糊控制PID控制方法，对系统的控制器进行分析。

4.1 利用根轨迹校正系统 校正前开环系统根轨迹如下：

图4-1

设定系统校正指标要求为：稳态误差 0.05，超调量 p 15%，

ts 20s（ =0.02），则校正过程如下：

MATLAB中输入如下命令：

>> KK=20;bp=0.15;ts=20;delta=0.02; >> ng0=[2];dg0=[100,20,1];

g0=tf(KK*ng0,dg0); ；建立传递函数模型 s=bpts2s(bp,ts,delta) s =

-0.2034 + 0.3368i ；期望的闭环主导极点

>> [ngc,dgc]=rg_lead(KK*ng0,dg0,s); ；根轨迹法求带惯性的PD控制器

基于fuzzy---pid控制器的双容水箱液位控制系统仿真

gc=tf(ngc,dgc)

Transfer function: 2.014 s + 0.5583 ----------------

s + 0.5583 ；校正环节传递函数

>> g0c=tf(g0*gc);

b1=feedback(sys,1);

b2=feedback(g0c,1); ；单位负反馈

step(b1,'r--',b2,'b');grid on ；校正前后系统的阶跃响应

图4-2

验算时域性能指标：

[pos,tr,ts,tp]=stepchar(b2,delta)

pos = 46.1787，tr = 2.4720，ts = 15.5381，tp = 3.5314

从验算结果来看，稳态误差及调节时间达到设计要求，但超调量太大远远不能满足要求，需要调整闭环主导极点的位置。

查看此时预设的主导极点的阻尼比和无阻尼自然频率： >> [kosi,wn]=s2kw(s)

kosi =0.9477，wn =0.2146

再提高阻尼比及自然频率的值分别为0.99，0.99得闭环极点： >>s=kw2s(0.99,0.99) s=-0.9801 + 0.1397i

再运行PD控制器设计得：

基于fuzzy---pid控制器的双容水箱液位控制系统仿真

Transfer function: 6.838 s + 2.589 --------------- s + 2.589

阶跃响应图如下：

图4-3

验算各性能指标：

>> [pos,tr,ts,tp]=stepchar(b2,delta)

pos =14.3869，tr =1.9006，ts =6.1242，tp =2.7453 完全满足设计性能指标要求。

4.2 利用伯德图校正系统

校正指标要求： Kv 40， 60 ， c 5rad/s，幅值裕度 15dB 。 KK=20;Pm=60;wc=5;

ng0=KK*[2];dg0=[6400 160 1]; g0=tf(ng0,dg0); w=logspace(-1,3);

[ngc,dgc]=fg_lead_pm_wc(ng0,dg0,Pm,wc,w); gc=tf(ngc,dgc);g0c=tf(g0*gc);

b1=feedback(sys,1);b2=feedback(g0c,1);

基于fuzzy---pid控制器的双容水箱液位控制系统仿真

step(b1,'r--',b2,'b');grid on

figure,bode(sys,'r--',g0c,'b',w),gri …… 此处隐藏：2331字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……