此練習主要是比例積分控制,包括三部分:
①系統建模;
②PI控制器;
③PI控制器的應用;
以下是,第③部分:PI控制器的應用。
一、比例積分控制的應用模型
1、整個系統是如圖,這樣一個單位反饋的形式;
2、這個系統存在擾動D(s),因此無法直接用feedback命令來建立閉環傳遞函數,所以需要手動的推導。
3、將整個系統的推導過程如下圖,最后就能求出輸入R(s)和輸出X(s)之間的關系,也就得到整個系統閉環傳遞函數Gcl(s)。
4、其中D(s)就是d(t)的表達式,進行拉普拉斯變換;
5、從練習05的案例一,這個體重作為例子:即目前體重x0=90,準備減到目標參考值r(t)=65。
6、此時整個系統,就可以把中間這么多,看成新的閉環系統G_cls。
7、因為R(s)是常數輸入,所以輸出X(s)就相當于它的單位階躍響應x對應的R倍。
clc;clear;close all;
%% 定義參數
S = 5;
x0 = [70];
h = 175;
a = 20;
Ei = [2500,2100,2500];
alpha = 1.3;
Ea = [0, 0, 500];
%% 定義G(s)
G_s = tf([1],[7000,10*alpha]);
%% 定義擾動
d = -alpha*(6.25*h-5*a+S);
D_s = tf([d],[1 0]);
%%%% 定義比例積分微分控制
kp = 200;
ki = 1;
kd = 0;
C_s = pid(kp, ki, kd);
%% 仿真
x0 = [90];
R_s = tf([65],[1 0]);
sys_cl = G_s*(C_s + D_s/R_s + 7000*x0/R_s)/(1 + G_s* C_s);
%% 定義輸入
t = 0: 1: 3000;
R = 65;
x = R*step(sys_cl,t);%因為R(s)是常數輸入,所以輸出就相當于它的單位階躍響應*對應的R倍。
plot (x);
grid on;
%%
二、運行結果及分析
1、Kp=200,Ki=1,Kd=0;
(比例積分PI結合,此時從響應速度、最后穩定值都能快速到參考值65)
2、Kp=200,Ki=0,Kd=0;
(只有比例項P,此時無法到65,存在穩態誤差)
3、Kp=0,Ki=1,Kd=0;
(只有積分項I,此時存在非常大的振蕩)
學習來源:《控制之美》[卷1],王天威