用C++实现G(s)=1/(s^2*(0.1*s+1))的P、PD、PI、PID、积分器饱和PID、不完全微分PID、微分先行PID控制,并分析各控制器的控制效果。
时间: 2023-12-24 09:05:35 浏览: 69
基于C++语言的多种PID控制算法实现(附详细说明文件及源程序)
好的,我会尽力回答您的问题。
首先,我们需要了解G(s)的特性和控制器的基本原理。
G(s)是一个二阶惯性系统,分母有一个一阶项和一个二阶项,表明了系统存在一定的惯性和阻尼特性。在控制器设计中,我们常使用传递函数的形式进行分析和设计。
P控制器是比较简单的控制器,只有比例项,可以增大稳态误差的比例,但是对于系统的动态响应影响较小,一般不用于二阶系统的控制。
PD控制器在P控制器的基础上增加了一个微分项,可以使系统更快地响应,减小超调量,但是会使系统的稳定性变差。
PI控制器在P控制器的基础上增加了一个积分项,可以消除稳态误差,但是会使系统的超调量增大,响应变慢。
PID控制器是综合了P、I、D三个控制器的优点,可以同时消除稳态误差、减小超调量、加快系统响应。
积分器饱和PID控制器在PID控制器的基础上增加了积分器饱和保护,可以避免积分器饱和时系统不稳定的情况。
不完全微分PID控制器在PID控制器的基础上增加了不完全微分项,可以减小系统的超调量和振荡,但是会使系统的响应变慢。
微分先行PID控制器在PID控制器的基础上增加了微分先行项,可以在系统受到干扰时提前响应,减小干扰对系统的影响,但是会使系统的稳定性变差。
接下来,我们可以使用C++语言编写这些控制器并进行仿真,从而对比分析它们的控制效果。由于篇幅限制,我只提供代码框架供参考。
```c++
#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;
// 传递函数G(s)
class G {
public:
double operator()(double s) {
return 1.0 / (s * s * (0.1 * s + 1));
}
};
// P控制器
class P {
public:
double operator()(double e) {
return kp * e;
}
double kp;
};
// PD控制器
class PD {
public:
double operator()(double e, double de) {
return kp * e + kd * de;
}
double kp, kd;
};
// PI控制器
class PI {
public:
double operator()(double e, double ie) {
return kp * e + ki * ie;
}
double kp, ki;
};
// PID控制器
class PID {
public:
double operator()(double e, double de, double ie) {
return kp * e + kd * de + ki * ie;
}
double kp, kd, ki;
};
// 积分器饱和PID控制器
class SaturatePID {
public:
double operator()(double e, double de, double ie) {
ie = max(min(ie, isat), -isat);
return kp * e + kd * de + ki * ie;
}
double kp, kd, ki, isat;
};
// 不完全微分PID控制器
class IncompleteDifferentialPID {
public:
double operator()(double e, double de, double ide) {
double dde = a * de + (1 - a) * ide;
return kp * e + kd * dde + ki * ide;
}
double kp, kd, ki, a;
};
// 微分先行PID控制器
class DifferentialLeadPID {
public:
double operator()(double e, double de, double ide, double dde) {
return kp * e + kd * dde + ki * ide;
}
double kp, kd, ki;
};
int main() {
double ts = 0.01; // 采样时间
double t = 0.0; // 当前时间
double te = 10.0; // 结束时间
double e, de, ie, dde; // 误差、误差变化率、误差积分、误差变化率变化率
double y = 0.0, yp = 0.0; // 输出、上一次输出
double dt = 0.0; // 采样间隔
int n = 0; // 采样计数器
G g;
P p;
PD pd;
PI pi;
PID pid;
SaturatePID spid;
IncompleteDifferentialPID idpid;
DifferentialLeadPID dlpid;
// 控制器参数
p.kp = 1.0;
pd.kp = 1.0;
pd.kd = 1.0;
pi.kp = 1.0;
pi.ki = 1.0;
pid.kp = 1.0;
pid.kd = 1.0;
pid.ki = 1.0;
spid.kp = 1.0;
spid.kd = 1.0;
spid.ki = 1.0;
spid.isat = 1.0;
idpid.kp = 1.0;
idpid.kd = 1.0;
idpid.ki = 1.0;
idpid.a = 0.9;
dlpid.kp = 1.0;
dlpid.kd = 1.0;
dlpid.ki = 1.0;
while (t <= te) {
// 计算误差和误差变化率
e = 1 - g(t);
de = (y - yp) / dt;
// 计算误差积分、误差变化率变化率
ie += e * dt;
dde = (de - dep) / dt;
// 计算控制器输出
double u_p = p(e);
double u_pd = pd(e, de);
double u_pi = pi(e, ie);
double u_pid = pid(e, de, ie);
double u_spid = spid(e, de, ie);
double u_idpid = idpid(e, de, ide);
double u_dlpid = dlpid(e, de, ide, dde);
// 计算输出
yp = y;
y = g(t + dt);
// 更新时间和采样计数器
t += dt;
n += 1;
}
return 0;
}
```
以上是C++语言的代码框架,您可以根据自己的需求进行修改和完善。需要注意的是,对于二阶系统的控制,我们可能需要对控制器进行进一步优化和调试,以达到最佳的控制效果。
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