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1、《计算机新技术专题课程设计》完成日期2017.3.16一、课题目的设计MATLAB的M文件或者Simulink模块，用來实现PID控制器的功能,分析Kp、Kd、KJ三个参数对系统性能的影响，并用临界比例带法PID参数整定分析。二、课题步骤开机执行程序，用鼠标双击图标进入MATLAB命令窗口：CommandWindows＞新建M-file(或者搭建Simulink系统框架),输入设计好的程序。调试，检杳错误，然后运行。观察系统对不同参数的相应曲线，分析其原因。三、课题要求1、实验之前，查阅有关资料(参考文献附后)，编写好相应的
2、程序。2、认真做好仿真记录。四、课题报告内容1、叙述Kp、Kd、Ki三个参数对系统性能的影响。附程序：1%比例控制在CommandWindow里输入：G=tf(l,[1331]);P=[0.1:0.1:l];%由0.1扩大至1,步长为0.1fori=l:length(P)G_c=feedback(P(i)*G,1);step(G_c)?holdonend运行程序，得到系统闭环阶跃响应曲线，曲下至上Kp从0.1至1,一共十条曲线:2%比例积分控制将Kp同定为1,应用PI控制策略，在CommandWindow里输入:%比例积分控
3、制Kp=l;G=tf(l,[l331])Ti=[0.7:0.1:1.5];fori=l:length(Ti)Gc=tf(Kp*[l,l/Ti(i)],[l,O]);G_c=feedback(G*Gc,1);step(G_c),holdonendaxis([0,20,0,2])运行程序，得到系统闭环阶跃响应曲线Figure1FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelpD曰J◎A的®记謠▼复□目■旦StepResponse141812Time(seconds)6.8.6,4O.O.O..2OO
4、.203%比例、积分、微分控制设Kp=Ti=l,应用PID控制策略来试验不同的Td值，在CommandWindow里输入：%比例积分微分控制Kp=l;Ti=l;Td=[O」:0.2:2];fori=l:length(Td)Gc=tf(Kp*[Ti*Td(i),Ti,1]/Ti,[1,0]);G_c=feedback(G*Gc,1);step(G_c),holdonendaxis([0,20,0,2.6])运行程序，得到系统闭环阶跃响应曲线-InJx
5、EileEditMiewInsertToolsUesktopWindowHe
6、lp□oa1題殳丽®i遲i□匡11曰叵分析:^Figure1FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelp除礬®遲□目■叵根据实验曲线，进行仿真结果分析：在模拟控制系统屮，控制器屮最常用的控制规律是PID控制。PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差。PID控制规律写成传递函数的形式为G(s)=iKiKpd+乔+7>)=K〃+丁+K八式中，Kp为比例系数；（为积分系数；K”为微分系数；匚=¥为积分时间1i常数;Td=^为微分时间常数；简单来说，PID控制齐校正坏节的
7、作用如下：Kp（1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。心越大，响应速度加快，但过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。（2）积分环节：如果在进入稳态后存在稳态误差（也叫静差），为了消除稳态误差，在控制器小必须引入“积分项”。积分项将谋差对时间的积分，即便谋差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误弄进一步减小，直到等于零。7；主要用于消除静差，7；越大，振荡减小，提高系统的无差度，增加系统稳定性。积分作用的强弱取决于
8、积分时间常数7；,7；越大，积分作用越弱，反之则越强。（3）微分环节：自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会岀现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制课差的作用，其变化总是落后于课差的变化。因此需要使抑制谋差的作用的变化“超前”。此时增加“微分项”，它能预测误差变化的趋势,使抑制误并的控制作用等于零，从而避免了被控量严重超调。越大，系统超调量越小，稳定性增加，但过大会放大系统噪声，使系统对抗干扰的能力变差。2、用Simulink临界比例带法进行参数整定分析^G（s）=s（s
9、+i）（s+2）-搭建系统仿真模型如下图，用临界比例带法求取PID参数;图1PID参数整定结构模型分析：临界比例带法适用于已知对彖数学模型的场合，且被控对彖是3阶或者3阶以上系数。在闭环控制系统中，将调节器置于纯比例作用下，从大到小改变调节器的比例带，得到等幅振荡的过程。此吋的比例带称为临
