MATLAB的PID自动校正

基于matlab仿真的pid校正总结

PID控制器是目前在过程控制中应用最为普遍的控制器，它通常可以采用以下几种形式：比例控制器，KD?KI?0;比例微分控制器，KI?0;比例积分控制器，KD?0;标准控制器。

下面通过一个例子来介绍PID控制器的设计过程。

假设某弹簧（阻尼系统）如图1所示，M?1kg,f?10N?s/m,k?20N/m。让

我们来设计不同的P、PD、PI、PID校正装置，构成反馈系统。来比较其优略。

系统需要满足：

（1） 较快的上升时间和过渡过程时间；

（2） 较小的超调； （3） 无静差。

fMF图1 弹簧阻尼系统

y

系统的模型可描述如下：

1

控制系统建模与仿真论文( 2011)

G(s)?X(s)F?s??1Ms?fs?k2

（1）、绘制未加入校正装置的系统开环阶跃响应曲线。

根据系统的开环传递函数，程序如下：

clear; t=0:0.01:2; num=1; den=[1 10 20]; c=step(num,den,t); plot(t,c);

xlabel('Time-Sec'); ylabel('y');

title('Step Response'); grid;

系统的阶跃响应曲线如图2

计算机控制技术 课程设计

前言

PID（Proportion Integration Differentiation比例-积分-微分）控制规律作为经典控制理论的最大成果之一，由于其原理简单且易于实现，具有一定的自适应性和鲁棒性，对于无时间延时的单回路控制系统很有效，在目前的工业过程控制中仍被广泛采用。PID控制器作为最早实用化的控制器已经有50多年历史，它是经典控制中用于过程控制最有效的策略之一，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。它最大的优点是不需了解被控对象精确的数学模型，只需在线根据系统误差及误差的变化率等简单参数，经过经验进行调节器参数在线整定，即可取得满意的结果，具有很大的适应性和灵活性。

PID控制中的积分作用可以减少稳态误差，微分作用可以提高响应速度。但另一方面积分作用容易导致积分饱和，使系统超调量增大，微分作用对高频干扰特别敏感， 甚至导致系统失稳。PID控制本质上属于线性控制，因此对于具有很强非线性的对象来说，控制效果具有先天的不足。对于这种情况，就应该采用具有非线性特性的控制方法，以适应整个系统的特点。

PID控制是一种比较理想的控制方式，它在比例的基础上引入了积分，消除了偏差；又加入微分，提高了系统的稳定性。PID

安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书

摘 要

控制系统校正属于系统设计环节，通过校正可以使系统的性能得到改善，从而使系统满足期望的性能指标。

本文主要研究线性定常系统的串联校正方法，包括串联超前校正、串联滞后校正和串联滞后超前校正。本文首先回顾了系统的时域性能指标和频域性能指标以及系统的校正方式，然后分别讨论了系统校正的根轨迹法和频率特性法。针对两种方法，分别给出了控制系统超前校正、滞后校正，滞后超前校正的理论依据、适用范围、校正步骤和相应的算法流程图，并针对各个校正方法编写了相应的MATLAB仿真程序，同时利用MATLAB的图形用户界面设计功能对控制系统校正进行了可视化界面设计，为每种校正方法设计了对应的GUI界面。针对每种方法给出具体实例验证了校正方法的有效性以及算法的正确性。

关键词： 串联校正，MATLAB，根轨迹法，频率特性法，GUI

····························· ·································································装订线I

安徽工业大学

MATLAB_Simulink仿真

2008年4月第31卷第2期

舰船电子对抗

SHIPBOARDELECTRONICCOUNTERMEASURE

Apr.2008

Vol.31No.2

基于MATLAB的PID参数整定

周 晖

(船舶重工集团公司723研究所,扬州225001)

摘要:比例积分微分(PID)控制器参数往往因整定不良、性能欠佳,对运行工况的适应性很差。根据稳定边界法则,

以某一控制模型为例介绍如何在MATLAB工具帮助下整定并验证PID控制器参数。

关键词:比例积分微分;稳定边界法;控制器

-1413(2008)02-0107-03中图分类号:TN273 文献标识码:A 文章编号:CN32

PIDParameterReductionBasedonMATLAB

ZHOUHui

(The723InstituteofCSIC,Yangzhou225001,China)

Abstract:Theparameteradaptabilityofproportion-integra-ldifferential(PID)controllertotheop-eratingsituationisverybadsometimesbecausetheredu

自动控制原理课程设计报告

学院：信息工程学院 班级：自动化-2 姓名： 闫伟

学号：1105130201 地点：电信实验 指导教师： 崔新忠

1

目录

一． 设计要求............................................3 二． 设计目的............................................3 三． 设计内容............................................3

3.1设计思路........................................3 3.2设计步骤 ......................................4 3.2.1．确定系统的开环增益...........................4 3.2.2．求出系统的相角裕度.........................4 3.2.3．确定超前相角.................. ..............4 3.2.4. 求出校正装置的参数...........................4 3.2.5.校正后系统的开环剪

基于MATLAB的PID 控制器设计

基于MATLAB的PID 控制器设计

一、PID控制简介

PID控制是最早发展起来的经典控制策略, 是用于过程控制最有效的策略之一。由于其原理简单、技术成，在实际应用中较易于整定, 在工业控制中得到了广泛的应用。它最大的优点是不需了解被控对象精确的数学模型,只需在线根据系统误差及误差的变化率等简单参数, 经过经验进行调节器参数在线整定, 即可取得满意的结果, 具有很大的适应性和灵活性。

积分作用:可以减少稳态误差, 但另一方面也容易导致积分饱和, 使系统的超调量增大。

微分作用:可提高系统的响应速度, 但其对高频干扰特别敏感, 甚至会导致系统失稳。

所以, 正确计算控制器的参数, 有效合理地实现 PID控制器的设计,对于PID 控制器在过程控制中的广泛应用具有重要的理论和现实意义。

在PID控制系统中, PID控制器分别对误差信号e（t）进行比例、积分与微分运算, 其结果的加权和构成系统的控制信号u（t），送给对象模型加以控制。 PID控制器的数学描述为

其传递函数可表示为:

从根本上讲, 设计PID控制器也就是确定其比例系数Kp、积分系数T i 和微分系数T d , 这三个系

武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书

学 号： 0121011350309

课 程 设 计

题 目 单级移动倒立摆建模及串联PID校正 学 院 班 级 姓 名 指导教师

自动化学院 电气1003班

xxx 刘志立

2013 年 1 月 16 日

1

武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书

课程设计任务书

学生姓名： xxx 专业班级： 电气1003班 指导教师： 刘志立 工作单位： 自动化学院

题 目: 单级移动倒立摆建模及串联PID校正 初始条件：

图示为一个倒立摆装置，该装置包含一个小车和一个安装在小车上的倒立摆杆。由于小车在水平方向可适当移动，因此，控制小车的移动可使摆杆维持直立不倒。 M?1.2kg,m?0.3kg,l?0.8m,g?10m/s2 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写

等具体要求）

1、研究该装置的非线性数学模型，并提出合理的线性化方法，建立

该装置的线性数学模型－传递函数（以u为输入，?为输出）；

2、

自动化专业综合设计报告

一.设计目的

1. 掌握控制系统的设计与校正方法、步骤。

2. 掌握对系统相角裕度、稳态误差和穿越频率以及动态特性分析。 3. 掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能。 4. 提高分析问题和解决问题的能力。

二.设计要求

单位负反馈系统的开环传递函数G(s)?K0s(0.1s?1)(0.2s?1)，用相应的频率校正法对

系统进行校正设计，使系统的性能指标达到：1)相角裕度??600，2）在单位斜坡下的稳态误差eSS?0.05，3）系统的?C?3rad/s。

要求：（1）手工计算，设计校正方法

（2）利用matlab编程实现设计，要求有仿真结果 （3）利用simulink进行仿真实现校正前后系统的阶跃响应

三.设计内容

手工计算：

解：（1）由系统在单位斜坡输入下的稳态误差ess<0.05可得： 速度误差系数Kv=lim 故可取Ko=25；

计算原系统的相角裕度?(w)和截止频率Wc0： 由A(w)= Wc0=9；

由?(w)?90?arctan0.1w?arctan0.2w当Wc0=9时；

o ?o(w)??12.9

itS?0S*G(S)=Ko>

10.05

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控制器（亦称调节器）及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器 (至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90%)。在PID控制器的设计中，参数整定是最为重要的,随着计算机技术的迅速发展，对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件，例如目前得到广泛应用的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PID控制器的设计方法，设计一个温控系统的PID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 ；MATLAB仿真；冷却机；

I

Design of PID Controller based on MATLAB

Abstract

This paper regards temperature control system as the research object to design

自动化专业综合设计报告

一.设计目的

1. 掌握控制系统的设计与校正方法、步骤。

2. 掌握对系统相角裕度、稳态误差和穿越频率以及动态特性分析。 3. 掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能。 4. 提高分析问题和解决问题的能力。

二.设计要求

单位负反馈系统的开环传递函数G(s)?K0s(0.1s?1)(0.2s?1)，用相应的频率校正法对

系统进行校正设计，使系统的性能指标达到：1)相角裕度??600，2）在单位斜坡下的稳态误差eSS?0.05，3）系统的?C?3rad/s。

要求：（1）手工计算，设计校正方法

（2）利用matlab编程实现设计，要求有仿真结果 （3）利用simulink进行仿真实现校正前后系统的阶跃响应

三.设计内容

手工计算：

解：（1）由系统在单位斜坡输入下的稳态误差ess<0.05可得： 速度误差系数Kv=lim 故可取Ko=25；

计算原系统的相角裕度?(w)和截止频率Wc0： 由A(w)= Wc0=9；

由?(w)?90?arctan0.1w?arctan0.2w当Wc0=9时；

o ?o(w)??12.9

itS?0S*G(S)=Ko>

10.05