二自由度PID控制系統(tǒng)設計

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摘要 在運動控制系統(tǒng)中，有許多基本單元都是由傳統(tǒng)PID控制器組成，它們的運行性能直接影響了控制系統(tǒng)的其它環(huán)節(jié)。因此，控制器的設計在軍事工業(yè)和民生工業(yè)有著重要的影響，而優(yōu)化控制器的設計就有著重要的現(xiàn)實意義。
在上個世紀許多傳統(tǒng)的控制中，往往只考慮控制問題的某一個方面，而不能夠?qū)ζ渌矫孢M行兼顧設計。例如，經(jīng)典的Ziegler-Nichols法對參數(shù)的整定只考慮了系統(tǒng)對外界擾動的抑制性能，而沒有考慮到目標值的跟蹤性能方面的問題。所以，對控制系統(tǒng)性能的各個方面進行全面的考慮是新的控制方法必須重點關注的。
考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是在設計新的控制器之前必須要做的。因為，只有穩(wěn)定的系統(tǒng)才可以考慮提高性能的問題。還有要考慮到系統(tǒng)在實現(xiàn)的過程中，各種元器件所產(chǎn)生的誤差對系統(tǒng)本身的影響，也就是實際控制的參數(shù)會偏離求出的理論值，這就要求在參數(shù)發(fā)生變化時，系統(tǒng)仍然能夠穩(wěn)定。
針對上述問題，本文的重點工作和內(nèi)容如下：
首先介紹傳統(tǒng)PID控制器的基礎的知識，包括各個部分在控制系統(tǒng)的作用和傳統(tǒng)PID控制器的參數(shù)整定方法。接著介紹二自由度PID控制器的設計參數(shù)整定。最后，介紹二自由度PID控制器在交流永磁同步電機中的應用，驗證二自由度PID控制器較傳統(tǒng)PID控制器的優(yōu)越性。

關鍵詞：PID控制 二自由度 優(yōu)化設計 永磁同步電機

Design and Research of Two Degrees of Freedom PID Control System
Abstract: in the motion control system, there are many basic unit composed of traditional PID controller. The operation performance of it impact the other aspect of controller system .Therefore, the controller design plays an important role in military industry and the people's livelihood industry, which has important practical significance to design optimization controllers .
In the last century, many of the traditional control, often only considered one aspect of control problems, but not to other aspects of the design. For example, the classical Ziegler-Nichols method for parameter tuning only consider the inhibition performance of the system to external disturbances, and the tracking performance problems without considering the target value. So, for a comprehensive consideration of all the performance of the control system is a new control method must focus on.
We must consider the stability of the system, before the design of new controller. Only the stability of the system can only be considered to improve the performance of the problem. We also need to take into account of effects of various components of the error produced by the system itself, when the system in the process of realization, and the actual control parameters will deviate what we calculated the theoretical value. it also requires the parameters change, the system can still be stabilized.
In view of the above questions, the main work and contents of this paper are as follows:
Firstly, traditional PID controller is introduced, including the various parts of the parameter tuning method of control system and the role of the traditional PID controller. And then the design parameters of two degree of freedom PID controller tuning is introduced. Finally, the application of two degree of freedom PID controller in AC PMSM, which verifies the superiority of two degree of freedom PID controller is better than traditional PID controller.
Keywords: PID control; two degrees of freedom; optimization design; permanent magnet synchronous motors

目 錄
第一章 緒 論 1
1.1引言 1
1.2 PID控制器的現(xiàn)狀 2
1.3二自由度PID控制器的研究意義 3
1.4本文的主要內(nèi)容 3
第二章 傳統(tǒng)單自由度PID控制的基礎知識 5
2.1 PID控制的基本原理 5
2.1.1 比例作用 5
2.1.2 積分作用 6
2.1.3 微分作用 7
2.2數(shù)字PID控制算法 8
2.2.1位置型PID控制算法 8
2.2.2增量式PID控制算法 9
2.3 傳統(tǒng)PID控制器的參數(shù)整定 10
2.3.1 PID參數(shù)整定的原則 10
2.3.2 MATLAB仿真實現(xiàn)PID參數(shù)整定 11
2.4 傳統(tǒng)一自由度PID控制方式存在的優(yōu)缺點 15
2.5本章小結(jié) 16
第三章 二自由度PID控制算法 17
3.1二自由度PID控制的概念 17
3.2二自由度PID控制的結(jié)構設計 17
3.3前置濾波器型二自由度PID控制器的導出和參數(shù)整定 19
3.3.1 目標值濾波器H(s)的設計 19
3.3.2 積分時間的二自由度化 21
3.3.3 參數(shù)選擇 21
3.4本章小結(jié) 22
第四章 二自由度PID控制在永磁同步電機中的應用 23
4.1永磁同步電機的結(jié)構及坐標變換 23
4.1.1永磁同步電機的機械結(jié)構 23
4.1.2永磁同步電機的基本方程 24
4.2永磁同步電機的矢量控制模型 26
4.3二自由度PID控制器結(jié)構設計 28
4.4系統(tǒng)仿真與控制效果的比較分析 30
4.4.1系統(tǒng)仿真模型的結(jié)構圖 31
4.4.2仿真結(jié)果 32
4.4.3結(jié)果分析 33
4.5本章小結(jié) 33
結(jié) 論 35
致 謝 36
參考文獻 37