内容发布更新时间 : 2024/5/4 16:52:52星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

课程设计任务书

学生姓名： 刘 珂 专业班级： 自动化1002班 指导教师： 肖 纯 工作单位： 自动化学院

题 目: P、PD和PID控制器性能比较分析 初始条件：

1? 一二阶系统结构如图所示，其中系统对象模型为 G（s）， 控制器（s?1）（6s?1）传递函数为D1(s)?kP（比例P控制），D2(s)?kP?kDs（比例微分PD控制），，令kP?19，kI?0.5，kD?1/5，Di(s)D3(s)?kP?kI/s?kDs（比例积分微分PID控制）为上述三种控制律之一。

W

+ - e + - R Di(s) G(s) Y

要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

（1） 分析系统分别在P、PD、PID控制器作用下的，由参考输入决定的系统类型及

误差常数；

（2） 根据（1）中的条件求系统分别在P、PD、PID控制器作用下的、由扰动w(t)

决定的系统类型与误差常数； （3） 分析该系统的跟踪性能和扰动性能；

（4） 在Matlab中画出（1）和（2）中的系统响应，并以此证明（3）结论； （5） 对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚计算分析的过

程，其中应包括Matlab源程序或Simulink仿真模型，并注释。说明书的格式

按照教务处标准书写。

时间安排：

任务 指导老师下达任务书，审题、查阅相关资料 分析、计算 编写程序 撰写报告 论文答辩 时间（天） 2 2 1 2 1

指导教师签名： 年 月 日

系主任（或责任教师）签名： 年 月 日

摘要

比例控制器、比例-积分控制器、比例-积分-微分控制器在自动控制系统中都有着广泛的应用，熟悉和掌握它们的工作原理及特点对于有效运用尤为重要。

本文就如何在系统输入作用下和扰动输入作用下求传递函数，只有求出系统的传递函数才能分析系统类型、求出系统的稳态误差，一般而言，参考输入作用下的误差系数用静态误差系数计算，扰动输入作用下的误差系数用动态系数计算。本文也将讨论系统的跟踪性能和扰动性能，系统的跟踪和扰动性能将通过不同输入作用下MATLAB曲线来说明。

关键字：比例 微分 积分 控制器 性能比较

目录

1 参考输入决定的系统类型及误差常数.........................................................................1

1.1 系统类型............................................................................................................................1 1.2 误差常数............................................................................................................................2 1.2.1 阶跃信号输入.......................................................................................................2 1.2.2 斜坡信号输入.......................................................................................................2

1.2.3 加速度信号输入...................................................................................................4

2 扰动w(t)决定的系统类型与误差常数........................................................................6

2.1 系统类型............................................................................................................................7 2.2 误差常数............................................................................................................................8

3 系统的跟踪性能和扰动性能...........................................................................................9

3.1 跟踪性能............................................................................................................................9 3.2 扰动性能...........................................................................................................................9

4在Matlab中画出系统响应.............................................................................................10

4.1 由参考输入决定的系统响应..........................................................................................10 4.2 由扰动w(t)决定的系统响应..........................................................................................19

体会.............................................................................................................................................29 参考文献...................................................................................................................................29

武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书

P、PD和PID控制器性能比较

W

+ - e + - R Di(s) G(s) Y

1 参考输入决定的系统类型及误差常数

如图1所示，当参考输入决定系统类型及误差常数时： 误差信号为： E?s??R?s??Y?s?； 误差传递函数为： ?e?s??E?s?1； ?R?s?1?Di?s?G?s?1.1 系统类型

（1） 比例P控制器

当控制器传递函数D1?Kp?19时，系统的开环传递函数为： D1?s?G?s??故此系统类型为0型系统。

（2） 比例微分PD控制器

当控制器传递函数D2(s)?kP?kDs?19?1s时，系统的开环传递函数为： 5s?95 D2?s?G?s?? (2)

5?s?1??6s?1?19 (1)

?s?1??6s?1?故此系统类型为0型系统。 （3）比例积分微分PID控制器

当控制器传递函数D3(s)?kP?kI/s?kDs?19?1s?时，系统的开环传递函数为： 2s52s2?190s?5 D3?s?G?s?? (3)

10s?s?1??6s?1?

2