1、1PID控制器参数整定及其对系统性能的影响一、本实验采用二阶系统 作为仿真实验的被控对象，通过仿真寻求一组1032)(ssG参数，使得控制系统的整体性能较优，然后通过改变Kp,Ki和Kd 来分析这三个参数对系统性能的影响，同时当系统处于稳态时给系统施加一定的干扰，分析系统的抗扰性能。其中在 Simulink 下仿真框图 1 如下：图 1 Simulink 下仿真框图PID控制器的参数Kp,Ki和Kd分别会对系统性能产生不同的影响，因此要通过反复调节才能使控制达到最佳状态，经过调节Kp,Ki和Kd，得到一组较优参数：Kp=24, Ki=20, Kd=2，在该组参数控制下，超调量5%，上升时间：
2、0.5s，调节时间1.3s,综合性能较好。二、分析参数对控制性能影响对参数分别改变20%，50%观察系统的响应曲线。将参数Kp,Ki和Kd分别变化20% ：即Kp=28.8, Ki=24, Kd=2.4和Kp=19.2, Ki=16, Kd=1.6其仿真效果如下： 图 2 Kp,Ki 和 Kd 分别变化 20%后仿真效果图将参数Kp,Ki和Kd分别变化50%，即Kp=32, Ki=30, Kd=3和Kp=12, Ki=10, Kd=1,其仿真效果如下：2图 3 Kp,Ki 和 Kd 分别变化 50%后仿真效果图由图可以看出，当 Kp,Ki 和 Kd 在变化20%，50%时，会引起系统其各方面性
3、能变化较大，其中当参数增大时衰减率会减小，响应速度加快，但超调会有所增加，兼顾各方面性能，所选定参数综合性能良好。三、 下面讨论这 3 个参量变化时对系统控制作用的影响，在讨论一个参量变化产生的影响时，将另外两个参量设定为常数。1. 分析比例参数 Kp 对系统性能的影响，将积分，微分均设为常数，将 Kp 分别改为 Kp=20, Kp=40, Kp=60(Ki=15,Kd=1)图 4 不同比例参数下系统响应结果由图 4 可总结出：比例参数 Kp 对系统的动态性能和稳态性能均有影响：Kp 增大，将使系统响应速度加快，调节时间加长；Kp 太小则会使系统的响应速度太慢。此外在系统稳定的前提下，加大 K
4、p 可以减少稳态误差，但不能消除稳态误差。因此 Kp 主要作用是改变系统的动态性能。2. 分析积分参数 Ki 对系统性能的影响，将比例，微分均设为常数，将 Ki 分别改为 Ki=24, Ki=16,Ki=8(Kp=8,Kd=0)，其仿真结果如图 5 所示：图 5 不同积分参数下系统响应结果积分控制通常和比例控制或比例微分控制联合作用，构成 PI 控制或 PID 控制。由图 2 可知它对系统的性能也有很大影响，而且会影响到系统的稳定性，Ki 过大，会造成系统不稳定，3且振荡次数较多；积分环节最大的特点是可以消除稳态误差，提高系统的控制精度，但在仿真的过程中发现，当 Ki 太小时，积分控制作用太弱
5、，不能消除残差。3 分析微分参数 Kd 对系统性能的影响：将比例积分均设为常数，将 Kd 分别改为： Kd=1, Kd=2,Kd=12，(Kp=16,Ki=0)，其仿真结果如图 6 所示：图 6 不同微分参数下系统响应结果由图 6 可知，微分参数 Kd 对系统的动态性能和稳态性能也均有影响：微分环节的加入，可以在误差出现或变化瞬间，按偏差变化的趋向进行控制。它引进一个早期的修正作用，有助于增加系统的稳定性。Kd 增大即微分作用的增强还可以改善系统的动态特性，如可以明显减少超调量，缩短调节时间等，提高控制精度。但 Kd 值偏大都会适得其反。此外微分作用可能会放大系统的噪声，降低系统的抗干扰能力。
