pid参数对控制系统稳定性影响的研究.doc
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pid参数对控制系统稳定性影响的研究,pid参数对控制系统稳定性影响的研究摘 要pid控制是在工程实际中，应用最为广泛的控制规律。系统稳定性是控制品质的好坏的重要指标。因此对pid控制系统的稳定性研究工作在工控领域有重要意义。本文分析了pid控制系统的稳定性研究现状。目前的稳定性研究工作主要集中在求取参数kp,ki,kd稳定域和控制对象的参数适用范围上。针...
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PID参数对控制系统稳定性影响的研究
摘 要
PID控制是在工程实际中，应用最为广泛的控制规律。系统稳定性是控制品质的好坏的重要指标。因此对PID控制系统的稳定性研究工作在工控领域有重要意义。
本文分析了PID控制系统的稳定性研究现状。目前的稳定性研究工作主要集中在求取参数kp,ki,kd稳定域和控制对象的参数适用范围上。针对这种现状，本文将研究工作放在确定PID控制周期Ts的稳定域上。
本文先建立PID控制系统的模型，通过仿真直观描述了控制周期Ts对系统稳定性的影响关系。接着用Z变换法和双线性变换法得到系统的闭环特征方程。然后从闭环特征方程入手，提出两种求取Ts稳定域的方法。
方法一虽然能求出Ts的稳定范围，但是计算量大，而且存在误差。而方法二提出的Ts稳定域求取算法，经过实例仿真验证，被证明即简单快捷又精确实用。
关键词：PID ；一阶时滞系统稳定性；控制周期；离散化
ABSTRACT
In engineering practice, the most widely used control rule is PID control and the quality of all control systems is based on the stability of the controlled systems. Therefore, the study on stability of PID control system is of great significance in the industrial fields
In this thesis, the-state-of-the-art of stability of PID control systems is provided, most of which are seeking the stable region of kp, ki, kd and the applicable scope of controlled-object parameters. Based on this research situation, we focus on seeking the stability domain of PID controlling-period.
First, a PID control model is established. Second, the stability affection on a PID control system with different controlling period is described by simulation. Third, this research provides some closed-loop character equations of PID control systems by Z-transform and Tustin transform. Fourth, starting with the closed-loop character equations, this thesis has proposed two options of seeking the stability domain of controlling periods.
In the end, the stability domain of controlling period is obtained in solution.1. However, amount of computations are needed and the results are imprecise. The stability domain of controlling period can also be accessed through algorithm and programming in solution.2, finally, this algorithm is proved more simple, speed, accurate and practical.
Keywords：PID; first order system with time delay; stability; controlling; period discretization
目 录
1 绪论 1
1.1选题背景和意义 1
1.2本文工作 4
2 PID控制原理 5
2.1 PID控制的原理和特点 5
2.2 PID参数整定 6
2．2．1 用经验数据法确定PID控制器参数 6
2．2．2用试凑法确定P ID控制器参数 6
2．2．3 比例部分整定 6
2．2．4 积分部分整定 6
2．2．5 微分部分整定 7
3 连续PID调节器与数字PID控制器 8
3.1连续型PID调节器 8
3.2 理想PID控制算法 9
4 数学模型的建立 12
4.1连续系统的数学模型的建立 12
4.2离散系统数学模型的建立 12
4.2.1“等价离散化设计”方法下的简化模型 13
4.2.2计算机控制系统典型结构 14
5 PID控制系统的稳定性研究现状 16
5.1连续PID稳定域分析 16
5.2 连续系统对象参数的稳定域的求取 17
5.3 离散系统的稳定性分析 17
6 离散PID系统控制周期Ts的确定 19
6.1控制周期对系统稳定性的影响 19
6.2 控制周期、被控对象延迟时间与闭环特征方程 22
6.3 通过稳定性判据确定控制周期的方法 24
6.3.1双线性变换的劳斯稳定判据 24
6.3.2 z变换法的朱利稳定判据 25
论文总结 27
参考文献 28
致谢 31
英文原文及中文翻译
摘 要
PID控制是在工程实际中，应用最为广泛的控制规律。系统稳定性是控制品质的好坏的重要指标。因此对PID控制系统的稳定性研究工作在工控领域有重要意义。
本文分析了PID控制系统的稳定性研究现状。目前的稳定性研究工作主要集中在求取参数kp,ki,kd稳定域和控制对象的参数适用范围上。针对这种现状，本文将研究工作放在确定PID控制周期Ts的稳定域上。
本文先建立PID控制系统的模型，通过仿真直观描述了控制周期Ts对系统稳定性的影响关系。接着用Z变换法和双线性变换法得到系统的闭环特征方程。然后从闭环特征方程入手，提出两种求取Ts稳定域的方法。
方法一虽然能求出Ts的稳定范围，但是计算量大，而且存在误差。而方法二提出的Ts稳定域求取算法，经过实例仿真验证，被证明即简单快捷又精确实用。
关键词：PID ；一阶时滞系统稳定性；控制周期；离散化
ABSTRACT
In engineering practice, the most widely used control rule is PID control and the quality of all control systems is based on the stability of the controlled systems. Therefore, the study on stability of PID control system is of great significance in the industrial fields
In this thesis, the-state-of-the-art of stability of PID control systems is provided, most of which are seeking the stable region of kp, ki, kd and the applicable scope of controlled-object parameters. Based on this research situation, we focus on seeking the stability domain of PID controlling-period.
First, a PID control model is established. Second, the stability affection on a PID control system with different controlling period is described by simulation. Third, this research provides some closed-loop character equations of PID control systems by Z-transform and Tustin transform. Fourth, starting with the closed-loop character equations, this thesis has proposed two options of seeking the stability domain of controlling periods.
In the end, the stability domain of controlling period is obtained in solution.1. However, amount of computations are needed and the results are imprecise. The stability domain of controlling period can also be accessed through algorithm and programming in solution.2, finally, this algorithm is proved more simple, speed, accurate and practical.
Keywords：PID; first order system with time delay; stability; controlling; period discretization
目 录
1 绪论 1
1.1选题背景和意义 1
1.2本文工作 4
2 PID控制原理 5
2.1 PID控制的原理和特点 5
2.2 PID参数整定 6
2．2．1 用经验数据法确定PID控制器参数 6
2．2．2用试凑法确定P ID控制器参数 6
2．2．3 比例部分整定 6
2．2．4 积分部分整定 6
2．2．5 微分部分整定 7
3 连续PID调节器与数字PID控制器 8
3.1连续型PID调节器 8
3.2 理想PID控制算法 9
4 数学模型的建立 12
4.1连续系统的数学模型的建立 12
4.2离散系统数学模型的建立 12
4.2.1“等价离散化设计”方法下的简化模型 13
4.2.2计算机控制系统典型结构 14
5 PID控制系统的稳定性研究现状 16
5.1连续PID稳定域分析 16
5.2 连续系统对象参数的稳定域的求取 17
5.3 离散系统的稳定性分析 17
6 离散PID系统控制周期Ts的确定 19
6.1控制周期对系统稳定性的影响 19
6.2 控制周期、被控对象延迟时间与闭环特征方程 22
6.3 通过稳定性判据确定控制周期的方法 24
6.3.1双线性变换的劳斯稳定判据 24
6.3.2 z变换法的朱利稳定判据 25
论文总结 27
参考文献 28
致谢 31
英文原文及中文翻译
