基于MATLAB的PD控制器设计报告.doc

基于MATLAB的PD控制器设计报告

MATLAB论文

--基于控制系统PID调节

基于MATLAB的PID 控制器

摘要：本论文主要研究PID控制器。PID到目前为止，控制是最常用的控制方法，大多数反馈电路都是用这种方法或其较小的变形来控制的。PID因此，控制器调节器)及其改进型已成为工业过程控制中最常见的控制器 (到目前为止，全球过程控制中使用的84%仍然是纯的PID如果包括改进型，调节器将超过90%)。在PID随着计算机技术的快速发展，参数整定是控制器设计中最重要的。PID参数的整定主要是基于一些先进的软件，如目前广泛使用的MATLAB仿真系统。本论文主要介绍PID探索控制器中各参数对系统的影响的原理和简单用法是利用自动控制原理和《MATLAB》所学的内容利用简单的方法研究PID通过控制器的设计方法MATLAB在阶跃信号下，虚拟示波器观察系统完善后输出波形。

关键字：PID控制简介 PID控制器原理 MATLAB仿真 PID参数的设定

正文：

一、PID控制简介

PID控制器又称PID调节器是工业过程控制系统中常用的有源校正装置。长期以来，气动系统主要用于工业过程控制系统PID控制器。由于气动组件维护方便，使用安全可靠，气动组件仍在一些特殊场合使用，如爆炸性环境PID控制器。随着计算放大器的发展和集成电路可靠性的提高，电子放大器PID控制器已逐渐取代气动PID控制器。微处理器目前正在开发中PID控制器。这里，简单介绍一下PID控制器的主要特性。

PID根据给定值和实际输出值的控制偏差，调节器是一种线性调节器： =－

通过线性组合控制偏差的比例、积分和微分，控制控制对象，因此称为PID调节器。在实际应用中，通常根据对象的特性和控制要求P、I、D适当结合基本控制规律，达到有效控制被控对象的目的。P调节器，PI调节器，PID调节器等。

所以, 正确计算控制器的参数， 实现有效合理 PID对于控制器的设计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。

二、原理分析与说明

PID 控制器由比例单元组成( P )、积分单元( I )和微分单元( D )组成。其输入 e?(t) 与输出 u?(t) 公式(1-1)之间的关系

因此，其传递函数为公式(1-2)

公式(1-2)

比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,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。

积分调节：使系统消除稳态误差，提高无差异。由于错误，进行积分调整，直到没有差异，停止积分调整，积分调整输出常值。积分的强度取决于积分时间的常数Ti，Ti积分越小，效果越强。反之Ti积分作用较弱，加入积分调整可降低系统稳定性，减缓动态响应。积分的作用通常与另外两种调整规则相结合PI调节器或PID调节器。

微分调节功能：微分调节功能反映了系统偏差信号的变化率，具有预见性，可以预见偏差变化的趋势，因此可以产生先进的控制功能，在偏差形成成前被微分调节功能消除。因此，可以提高系统的动态性能。在适当的情况下选择微分时间可以减少超调和调整时间。微分作用可以放大噪声干扰，因此过强的微分调节不利于系统的抗干扰。此外，微分反应变化率，当输入不变时，微分输出为零。微分效应不能单独使用，需要与另外两种调节规则相结合PD或PID控制器。

PID由于控制器应用广泛，使用灵活，已经有了一系列的产品，在使用中只需设置三个参数( Kp ， ?Ki 和 Kd )可以。在许多情况下，不一定需要三个单元，可以取其中一两个单元，但比例控制单元至关重要。

首先，PID应用范围广。虽然许多控制过程是非线性或时间变化的，但它们可以简化为基本的线性和动态特性不随时间变化的系统PID可控。

其次，PID参数容易整定。也就是说，PID参数Kp，Ki和Kd可根据过程的动态特性及时确定。如果过程的动态特性发生变化，例如，系统的动态特性可能会因负载变化而发生变化， PID 可重新整理参数。

第三，PID控制