数字PID控制器设计实验

题目：应用不同的算法给下面各个模型设计PID控制器，并比较各个控制器下闭环系统的性能

①Ga(s)=1/(s + 1)^3②Gb(s)=1/(s + 1)^5③Gc(s)=(-1.5 + 1)/(s + 1)^3

试分别利用整定公式和PID控制器设计程序设计控制器，并比较控制器的控制效果。如果采用离散PID控制器，试比较一般离散PID控制器与增量式PID控制器下的控制效果。 解：

①Ga(s)=1/(s + 1)^3 工程设计法 数学模型如下图

1>比例单独作用 G = tf(1,[1 3 3 1]); Kp = [1:1:5];

for i = 1:length(Kp)

Gc = feedback(Kp(i)*G,1); step(Gc); hold on end

>> gtext('1 Kp = 1'), >> gtext('2 Kp = 2'), >> gtext('3 Kp = 3'), >> gtext('4 Kp = 4'), >> gtext('5 Kp = 5'),

Step Response1.41.215 Kp = 5Amplitude0.84 Kp = 43 Kp =

题目：应用不同的算法给下面各个模型设计PID控制器，并比较各个控制器下闭环系统的性能

①Ga(s)=1/(s + 1)^3②Gb(s)=1/(s + 1)^5③Gc(s)=(-1.5 + 1)/(s + 1)^3

试分别利用整定公式和PID控制器设计程序设计控制器，并比较控制器的控制效果。如果采用离散PID控制器，试比较一般离散PID控制器与增量式PID控制器下的控制效果。 解：

①Ga(s)=1/(s + 1)^3 工程设计法 数学模型如下图

1>比例单独作用 G = tf(1,[1 3 3 1]); Kp = [1:1:5];

for i = 1:length(Kp)

Gc = feedback(Kp(i)*G,1); step(Gc); hold on end

>> gtext('1 Kp = 1'), >> gtext('2 Kp = 2'), >> gtext('3 Kp = 3'), >> gtext('4 Kp = 4'), >> gtext('5 Kp = 5'),

Step Response1.41.215 Kp = 5Amplitude0.84 Kp = 43 Kp =

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

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

基于MATLAB的PID控制系统参数调节的仿真分析

1、引言

PID控制是最早发展的自动控制策略之一，PID控制系统由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。具有简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。PID控制的参数自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

本文首先从PID理论出发，建立模型，讨论系统的稳定性，快速性，准确性。利用MATLAB对PID控制的参数进行仿真，设计不同的参数，以使系统满足所要求的性能指标。

2、 控制领域有一个很重要的概念是反馈， 它通过各种输出值和它们各自所需值的实时比较的度量—各种误差，再以这些误差进行反馈控制来减少误差。这样形成的因果链是输入、动态系统、输出、测量、比较

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PID控制器与状态反馈控制器MATLAB教学实例设计

作者：张栋

来源：《教育教学论坛》2015年第04期

摘要：为解决控制理论授课过程中PID控制器与状态反馈控制器设计的区别与联系，本文设计了一个MATLAB/SIMULINK仿真教学实例，便于学生深入理解与掌握教学过程中的基本理论与方法。

关键词：PID控制器；状态反馈；观测器；参数整定

中图分类号：G642.1 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）04-0165-02 一、引言

PID控制器设计与状态反馈控制器两类控制器[1，2]相同之处为二者均属于反馈控制，因此在实际使用中，都需考虑闭环系统的稳定性；两类控制器最主要的相异之处为二者闭环系统极点的配置灵活性不同： PID控制器属于输出反馈，只能将闭环极点配置到闭环系统的根轨迹上；而状态反馈控制器在被控系统状态完全可控的条件下，可以将闭环极点任意配置。 本文利用MATLAB与SIMULINK仿真设计了一个实例，对同一个被控对象进行PID控制器设计与基于观测器的状态反

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计算机控制技术高等院校自动化新编系列教材

第5章 数字控制器设计

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计算机控制技术

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主要内容 模拟化设计方法离散化设计方法大林算法数字控制器的实现方法

第五章

数字控制器设计

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5.1 数字控制器的模拟化设计

数字控制器的模拟化设计方法，是指在一定条件下把计算机控制系统近似地看成模拟系统，忽略控制回路中所有的采样开关和保持器，在s域中按连续系统进行初步设计，求出模拟控制器，然后通过某种近似，将模拟控制器离散化为数字控制器，并由计算机实现。

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5.1.1数字控制器的模拟化设计步骤r(t)+ e(t) T e(k) D(z) u(k) T H(s) u(t) G(s) y(t)-

典型的计算机控制系统

设计问题是：根据已知的系统性能指标和 G(s),设计数字控制器 D(z)

第五章

数字控制器设计

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计算机控制技术

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5.1.1数字控制器的模拟化设计步骤) ⒈设计假想的连

实用标准文案

实验三 数字PID控制

一、实验目的

1．研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。 2．研究采样周期T对系统特性的影响。 3．研究I型系统及系统的稳定误差。 二、实验仪器

1．EL-AT-III型计算机控制系统实验箱一台 2．PC计算机一台 三、实验内容

1．系统结构图如3-1图。

图3-1 系统结构图

图中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds） Gh（s）=（1－e-TS）/s

Gp1（s）=5/（（0.5s+1）（0.1s+1）） Gp2（s）=1/（s（0.1s+1））

2．开环系统（被控制对象）的模拟电路图如图3-2和图3-3，其中图3-2对应GP1（s）,图3-3对应Gp2（s）。

图3-2 开环系统结构图1 图3-3开环系统结构图2

3．被控对象GP1（s）为“0型”系统，采用PI控制或PID控制，可系统变为“I型”系统，被控对象Gp2（s）为“I型”系统，采用PI控制或PID控制可使系统变成“II型”系统。

4．当r（t）=1（

实用标准文案

实验三 数字PID控制

一、实验目的

1．研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。 2．研究采样周期T对系统特性的影响。 3．研究I型系统及系统的稳定误差。 二、实验仪器

1．EL-AT-III型计算机控制系统实验箱一台 2．PC计算机一台 三、实验内容

1．系统结构图如3-1图。

图3-1 系统结构图

图中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds） Gh（s）=（1－e-TS）/s

Gp1（s）=5/（（0.5s+1）（0.1s+1）） Gp2（s）=1/（s（0.1s+1））

2．开环系统（被控制对象）的模拟电路图如图3-2和图3-3，其中图3-2对应GP1（s）,图3-3对应Gp2（s）。

图3-2 开环系统结构图1 图3-3开环系统结构图2

3．被控对象GP1（s）为“0型”系统，采用PI控制或PID控制，可系统变为“I型”系统，被控对象Gp2（s）为“I型”系统，采用PI控制或PID控制可使系统变成“II型”系统。

4．当r（t）=1（

基于单片机的PID控制器设计

摘 要

工业控制器作为过程控制系统的核心，在现代工业过程控制中起着至关重要的作用。PID控制是迄今为止最为通用的控制方法，是经典控制理论在实际控制系统中的典型应用。作为最早发展起来的控制策略之一，PID控制算法简单、鲁棒性好、可靠性高??已经被广泛应用于工业过程控制。

本文叙述了现在几种成熟的PID控制算法，对PID控制器的设计进行了研究，包括对控制器的硬件选型和软件设计，对合适的硬件给予详细的介绍，对程序的运行给出详细的程序流程图。

PID控制器的核心选用了ATMEL公司的AT89C51单片机，通过合适的外接硬件来完成模拟数据量的采集处理，数据的模数数模转换，液晶显示，按键输入等功能。

关键字：单片机，PID算法，控制器

I

The design of SCM PID controller

Abstract

Industrial controller as the core of process control system in modern industrial process control plays a vital role. PID control is by far the most