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首页基于MATLAB的两种PID算法下直流电机调速系统的设计.doc
近年来,随着计算机科学与先进控制技术的发展,应用于直流电机调速系统当中的控制方法已不仅仅是利用传统的PID控制算法进行电枢电压脉宽调制,还可以经多种先进且智能的控制算法实现直流电机转速的调节,其中包括专家控制,模糊控制,预测控制等。本文介绍了一种专家控制算法下的直流电机速度控制系统的架构,并运用Matlab数学应用软件进行系统建模与仿真,最终针对调速系统应用的专家控制算法与传统PID算法输出响应曲线进行了对比并说明了二者的区别与联系。
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基于 MATLAB 的两种 PID 算法下直流电机调速系统的设计
I
目录
一、引言.....................................................................................................................4
二、控制算法背景及应用.........................................................................................4
2.1 传统 PID 控制................................................................................................4
2.2 专家 PID 控制................................................................................................4
三、方案设计.............................................................................................................5
3.1 系统方案设计................................................................................................5
3.2 仿真方案设计.........................................................................................6
四、方案实现.............................................................................................................6
4.1 系统建模........................................................................................................6
4.2 详细编程设计................................................................................................7
4.2.1 经典 PID 控制算法在 MATLAB 上的实现........................................7
4.2.2 经典 PID 控制的仿真编程..................................................................7
4.2.3 专家 PID 控制在 MATLAB 上的实现................................................7
4.2.4 专家 PID 控制的仿真编程..................................................................9
五、仿真结果...........................................................................................................11
5.1 经典 PID 的仿真结果..................................................................................11
5.2 专家 PID 的仿真结果..................................................................................12
5. 3 两种算法下系统误差结果.........................................................................13
II
一、引言
近年来,随着计算机科学与先进控制技术的发展,应用于直流电机调速系
统当中的控制方法已不仅仅是利用传统的 PID 控制算法进行电枢电压脉宽调制,
还可以经多种先进且智能的控制算法实现直流电机转速的调节,其中包括专家
控制,模糊控制,预测控制等。本文介绍了一种专家控制算法下的直流电机速
度控制系统的架构,并运用 Matlab 数学应用软件进行系统建模与仿真,最终针
对调速系统应用的专家控制算法与传统 PID 算法输出响应曲线进行了对比并说
明了二者的区别与联系。
二、控制算法背景及应用
2.1 传统 PID 控制
PID(比例(proportion)、积分( integral)、微分( derivative))控制
器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件,由比例单元 P、积分单元 I 和
微分单元 D 组成。PID 控制的基础是比例控制;积分控制可消除稳态误差,但
可能增加超调;微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。这个
理论和应用的关键是,做出正确的测量和比较后,如何才能更好地纠正系统。
PID 控制器作为最早实用化的控制器已有近百年历史,现在仍然是应用最
广泛的工业控制器。PID 控制器简单易懂,使用中不需精确的系统模型等先决
条件,因而成为应用最为广泛的控制器。PID 控制是迄今为止最通用的控制方
法,大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID 调节器及其改进型
是在工业过程控制中最常见的控制器(至今在全世界过程控制中用的 84%仍是纯
PID 调节器,若改进型包含在内则超过 90% ) 。我们今天所熟知的 PID 控制器
产生并发展于 1915~1940 年期间。尽管自 1940 年以来,许多先进控制方法不
断推出,但 PID 控制器以其结构简单,对模型误差具有鲁棒性及易于操作等优
点,仍被广泛应用于冶金、化工、电力、轻工和机械等工业过程控制中。
2.2 专家 PID 控制
专家控制(Expert Control)是智能控制(Intelligent Control) 的一个重要分支。
80 年代初,正当人工智能中的专家系统技术方兴未艾之时,自动控制领域的学者
和工程师开始把专家系统的思想和方法引入控制系统的研究及其工程应用,试
4
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