基于MATLAB的PID控制器设计

I基于MATLAB的PID控制器设计摘要本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。PID控制是迄今为止最通用的控制方法大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID控制(至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID90%)。在PID,随着计算机技术的迅速PID的MATLAB仿真系统。本设计就是借助此软件主要运用Relay-feedback法线上综合法和系统辨识法来研究PIDPID控制器并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。关键词：PID参数整定PID控制器MATLABIIDesignofPIDControllerbasedonMATLABAbstractThispaperregardstemperaturecontrolsystemastheresearchobjecttodesignapidcontroller.Pidcontrolisthemostcommoncontrolmethodupuntilnow;thegreatmajorityfeedbackloopiscontrolledbythismethodoritssmalldeformation.Pidcontroller(claimregulatoralso)anditssecondgenerationsobecomethemostcommoncontrollersintheindustryprocesscontrol(sofar,about84%ofthecontrollerbeingusedisthepurepidcontroller,it’llexceed90%ifthesecondgenerationincluded).Pidparametersettingismostimportantinpidcontrollerdesigning,andwiththerapiddevelopmentofthecomputertechnology,itmostlyrecurstosomeadvancedsoftware,forexample,matlabsimulationsoftwarewidelyusednow.thisdesignistoapplythatsoftmainlyuseRelayfeedbacklawandsyntheticmethodonthelinetostudypidcontrollerdesignmethod,designapidcontrolleroftemperaturecontrolsystemandobservetheoutputwaveformwhileinputstepsignalthroughvirtualoscilloscopeaftersystemcompleted.Keywords:PIDparametersettingPIDcontrollerMATLABsimulationcoolingmachine目录摘要.....................................................................................................................................IABSTRACT.....................................................................................................................................II第1章绪论...........................................................................................................................11.1课题来源及PID控制简介......................................................................................................11.1.1课题的来源和意义..................................................................................................................11.1.2PID控制简介...................................................................................................................11.2国内外研究现状及MATLAB简介....................................................................................3第2章控制系统及PI调节...........................................................................................52.1控制系统构成............................................................................................................................52.2PID控制...................................................................................................................................52.2.1比例、积分、微分..............................................................................................................62.2.2PID控制..............................................................................................................................6第3章系统辨识.....................................................................................................................73.1系统辨识.....................................................................................................................73.2系统特性图.............................................................................................................103.3系统辨识方法.............................................................................................................................11第4章PID三参数变化对系统的影响......................................................................124.1比例控制的影响......................................................................................................134.2积分控制的影响...................................................................................................................154.3微分控制的影响.................................................................................................................16结论...........................................................................................................17参考文献.......................................................................................................................................181第1章绪论1.1课题来源及PID控制简介1.1.1课题的来源和意义等。为了达到最佳的控PID控制器并通过调整PID参数来改造系统1.1.2PID控制简介制系统的响应。PID-比例-积分-的控制器已有50的工业控制器。PID控制，因而成为应用最为广泛的控制器。PID控制器由比例单元，PI和微分单元D组成。其输入e(t)与输出u(t)1-1,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。,提高无差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一个常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数TiTi越小,积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。2,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。PID控制器由于用途广泛、使用灵活,，已有系列化产品。使用中只需设定三个参数KpKi和Kd即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。首先，PID应用范围广。虽然很多控制过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。其次，PID参数较易整定。也就是PID参数Kp，Ki和Kd可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化。例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化PID参数就可以重新整定。第三PID控制器在实践中也不断的得到改进，下面两个改进的例子，在工厂，总是能看到许多回路都处于手动状态。原因是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。由于这些不足。采用PID的工业控制系统总是受产品质量、安全、产量和能源浪费等问题的困扰。PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。现在，自动整定或自身整定的PID控制器已是商业单