pid控制算法的matlab仿真研究课程设计报告

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1、电气工程学院课程设计报告课程名称：计算机控制技术设计题目：PID控制算法的MATLAB仿真研究专业班级：学号：姓名：时间：2015年12月24-—31日——————以下由指导教师填写——————分项成绩：出勤成品答辩及考核总成绩：总分成绩指导教师（签名）：目录一、任务提出·······················1二、具体内容及实现功能··················12.1PID参数整定·····················12.2动态特性参数法（Ziegler-Nichols整定公式）简介········12.3按照Z-N公式设计PID校正器···

2、·······················22.4模型失配时PID控制器的控制效果仿真········42.4.1被控对象比例系数改变时的控制效果········52.4.2被控对象时间常数改变时的控制效果···············62.4.3纯滞后时间改变时的控制效果···········72.5执行机构非线性对PID控制器控制效果的影响······82.6扰动作用对PID控制器控制效果的影响········92.6.1反馈回路中的扰动对控制效果的影响········92.6.2控制器输出位置的扰动信号对控制效果的影响····10三、总结········

3、··············10四、参考文献·····················12五、附录························13PID控制算法的MATLAB仿真研究一、任务提出采用带纯滞后的一阶惯性环节的系统作为被控对象模型，传递函数为：G(s)=KTs+1e-τs=30630s+1e-60s。MATLAB仿真框图如图1所示:图1-1仿真控制系统二、具体内容及实现功能2.1PID参数整定PID控制器调节参数Kp、Ki、Kd的整定对控制系统能否得到较好的控制效果是至关重要的。常用的PID参数整定方法有理论整定法（如Z-N法）和实验整定法（如扩充

4、临界比例度法、试凑法等），也可以采用模糊自适应参数整定、遗传算法参数整定等新型的PID参数整定方法。在本仿真中采用了动态参数整定法（ZN法）进行参数整定。2.2动态特性参数法（Ziegler-Nichols整定公式）简介对于被控广义对象为带延迟的一阶惯性环节的系统，即传递函数表达式为式（2-1）的系统，其PID控制的参数值可以用一组经验公式来计算。已知被控对象的传递函数模型Ｋ、Ｔ、τ三个参数时，整定PID调节器参数的计算公式如表2-1所示。14G(s)=KTs+1e-τs（2-1）表2-1调节器ZN整定公式KpTiTdPT/(Kτ)PI0.9T/(Kτ)3.3τP

5、ID1.2T/(Kτ)2.2τ0.5τ2.3按照Z-N公式设计PID校正器将被控对象中的参数带入表2-1中的公式可得参数如下：Kp=1.2*63030*60=0.42Ti=2.2*60=132Td=0.5*60=30选择采样时间Ts=1s，则可计算相应的控制系数如下：比例系数为Kp=0.42比例系数为Ki=Kp*TsTi=0.0032微分系数Kd=Kp*TdTs=12.6将上述参数在图1的仿真模型中进行设置，仿真并记录记录单位阶跃响应曲线如图2-1所示：图2-1单位阶跃响应曲线114由该响应曲线可以看出：①单位阶跃响应曲线上有滞后；②此响应曲线上毛刺较多、过渡过程

6、不平滑；③响应的超调量过大，振荡次数较多。针对以上问题，分析如下：①阶跃响应曲线的滞后是由于对象所具有的纯滞后特性所引起的，采用单纯地PID控制无法克服这一滞后特性；②过渡过程不平滑，是由于采样时间选择的不合适。由相应的控制理论知识，可通过减小采样周期以保证过渡过程足够平滑；③由于采样时间的减小，势必减弱系统的稳定性。因此可增大积分时间常数Ti，以减弱这种影响；④可通过减小比例系数Kp和微分时间常数Td减小系统的超调量。综合了上述的分析，在原有系数的基础上多次试凑，选取采样时间Ts=0.2比例系数Kp=0.25积分时间常数Ti=125微分时间常数Td=2.4这时，

7、相应的控制系数为：比例系数为Kp=0.25比例系数为Ki=Kp*TsTi=0.0004微分系数Kd=Kp*TdTs=3.00上述参数在图1的仿真模型中进行设置，仿真14并记录记录单位阶跃响应曲线如图2-2所示：图2-2单位阶跃响应曲线2结合曲线可得，在该组参数下系统的性能指标如下：超调量Mp=9.2%上升时间tr=147.2s调整时间ts=262.4s稳态误差e（∞）=0。2.4模型失配时PID控制器的控制效果仿真由于在实际生产的过程控制中，用模型表示被控对象时往往存在一定误差，且参数也不可能是固定不变的。在已确定控制器最优PID调节参数下，仿真验证对象模型的三个

8、参数（K、