PID控制算法的MATLAB仿真研究

1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告題目PID控制算法的MATLAB仿真研究班級(jí)姓名學(xué)號(hào)目的和要求.目的(1)通過本課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步鞏固PID算法基本理論及數(shù)字控制器實(shí)現(xiàn)的認(rèn)識(shí)和掌握，歸納和總結(jié)PID控制算法在實(shí)際運(yùn)用中的一些特性。(2)熟悉MATLAB語言及其在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，提高學(xué)生設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)程序的能力。1 .要求通過查閱資料， 了解PID算法的研究現(xiàn)狀和研究領(lǐng)域， 充分理解設(shè)計(jì)內(nèi)容， 對(duì)PID算法的基本原理與運(yùn)用進(jìn)行歸納和總結(jié)，并獨(dú)立完成設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和總結(jié)報(bào)告。二、基本內(nèi)容及步驟 1.任務(wù)的提出采用純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)作為系統(tǒng)的被控對(duì)象模型，傳遞函數(shù)為_KedsG(s),其中各參數(shù)分別為：K30Tf

2、630,d60。對(duì)PID控 Tfs制算法的仿真研究可從以下四個(gè)方面展開。(1) PID控制器調(diào)節(jié)參數(shù)？?，?的整定。PID參數(shù)的整定對(duì)控制系統(tǒng)能否得到較好的控制效果是至關(guān)重要的，PID參數(shù)的整定方法有很多種，可采用理論整定法(如ZN法)或者實(shí)驗(yàn)確定法(如擴(kuò)充臨界比例度法、 試湊法等)， 也可采用模糊自適應(yīng)參數(shù)整定、遺傳算法參數(shù)整定等新型的PID參數(shù)整定方法。選擇某種方法對(duì)參數(shù)整定后，在MATLAB1對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字仿真，繪制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，從動(dòng)態(tài)特性的性能指標(biāo)評(píng)價(jià)系統(tǒng)控制效果的優(yōu)劣。(2)改變對(duì)象模型參數(shù)， 通過仿真實(shí)驗(yàn)討論P(yáng)ID控制參數(shù)在被控對(duì)象模型失配情況下的控制效果。由于在實(shí)際生產(chǎn)過程

3、的控制中，用模型表示被控對(duì)象時(shí)往往存在一定誤差，且參數(shù)也不可能是固定不變的。在已確定控制器最(3)執(zhí)行機(jī)構(gòu)非線性對(duì)PID控制器控制效果的分析研究。 在控制器輸出后加入非線性環(huán)節(jié)(如飽和非線性、死去非線性等)，從仿真結(jié)果分析，討論執(zhí)行機(jī)構(gòu)的非線性對(duì)控制效果的影響。(4)待系統(tǒng)穩(wěn)定后，給系統(tǒng)世家小的擾動(dòng)信號(hào)，觀察此時(shí)系統(tǒng)的相應(yīng)曲線，分析對(duì)不同的擾動(dòng)信號(hào)類型(如脈沖信號(hào)、階躍)和不同的信號(hào)作用位置(如在系統(tǒng)的測(cè)量輸出端或控制器輸出的位置)，系統(tǒng)是否仍然穩(wěn)定，并與無擾優(yōu)PID調(diào)節(jié)參數(shù)下，仿真驗(yàn)證對(duì)象模型的三個(gè)參數(shù)(優(yōu)PID調(diào)節(jié)參數(shù)下，仿真驗(yàn)證對(duì)象模型的三個(gè)參數(shù)(K,?,?）中某一個(gè)動(dòng)情況下的響應(yīng)曲線進(jìn)

4、行比較相關(guān)理論知識(shí)本實(shí)驗(yàn)相關(guān)的理論知識(shí)有：PID算法原理；PID控制器調(diào)節(jié)參數(shù)的整定方法;MATLA呻動(dòng)態(tài)仿真工具箱Simulink的使用。內(nèi)容及步驟(1)首先選擇一種PID控制器調(diào)節(jié)參數(shù)的整定方法，得到最優(yōu)調(diào)節(jié)參數(shù)?,?。(2)打開MATLAB啟動(dòng)Simulink工具箱，創(chuàng)建一個(gè)圖示仿真控制系統(tǒng)觀察系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線，記錄動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)值。(3)分別修改參數(shù)K,?郊口？fi(不超過原值的5%,觀察記錄系統(tǒng)出現(xiàn)模型失配時(shí)控制效果的改變，并分析原因。(4)仿真驗(yàn)證執(zhí)行機(jī)構(gòu)非線性的作用。(5)PID控制對(duì)系統(tǒng)擾動(dòng)信號(hào)的控制效果驗(yàn)證分析2.2.3.他DiscrffteZero-Rolei三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇

5、采卞周期?=1,PID控制器的控制參數(shù)為？?=0.6,?=0.002,?=0.1,此時(shí)PID輸出曲線為：通過此圖可讀出其詳細(xì)性能指標(biāo)：系統(tǒng)超調(diào)量（7%=10%,上升時(shí)間？訪=90,調(diào)整時(shí)間?=250,穩(wěn)態(tài)誤差?2?=0o四、參考文獻(xiàn)1.張宇河.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)M.北京：北京理工大學(xué)出版社，2002.2 .薛定宇.反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析一Matlab語言應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版社，2000.3 .施陽.MATLA酷言精要及動(dòng)態(tài)仿真工具SIMULINKM.西安： 西北工業(yè)大學(xué)出版社，1998.五、實(shí)驗(yàn)體會(huì)通過本次實(shí)驗(yàn)，我進(jìn)一步鞏固了PID算法的基本理論，基本掌握了數(shù)字控制器的實(shí)現(xiàn)及認(rèn)識(shí)，對(duì)MATL

6、AB勺操作也更加熟練，同時(shí)，我對(duì)分析和解決有關(guān)PID控制的實(shí)際控制問題的綜合能力也有了一定的提高。盡管最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果勉強(qiáng)做出來了，但是在實(shí)驗(yàn)的過程中，我遇到了好多問題，大部分的問題最后都通過查閱資料，網(wǎng)絡(luò)搜索，還有向同學(xué)請(qǐng)教等方式解決了，還有一部分問題因?yàn)闀r(shí)間的緣故沒來得及解決，希望考完試后抽時(shí)間再好好學(xué)習(xí)下。達(dá)林算法達(dá)林算法是舊M公司的達(dá)林(Dahlin)在1968年提出了一種針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程中含有純滯后對(duì)象的控制算法。其目標(biāo)就是使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)。該算法具有良好的控制效果。大林控制算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)所期望的傳遞函數(shù)小相當(dāng)于一個(gè)延遲環(huán)節(jié)和一

7、s個(gè)慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)，即：s(NT),整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的純滯后時(shí)間Ts1和被控對(duì)象G(s)的純滯后時(shí)間相同。閉環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)為T,純滯后時(shí)間p與采樣周期T有整數(shù)倍關(guān)(NT),其控制器形式的推導(dǎo)的思路是用近似方法得到系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)，然后再由被控系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)，反推系統(tǒng)控制器的脈沖傳遞函數(shù)。由達(dá)林控制算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)，可知整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)應(yīng)當(dāng)是零階保持器與理想的小串聯(lián)之后的Z變換。對(duì)于被控對(duì)象為帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)：_KesGP(s)e,NTTis1，/TT、r/TT1.TT、(N1).K(1e1)1ez(1e)z象為一屆慣性環(huán)節(jié)，由，得:(1e2)(1e/630z1)30(1e：630)1e2z1(1e12)z61所以有達(dá)林算法仿真控制系統(tǒng)圖TT(1