simulinkPID仿真Word文档下载推荐.docx

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PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差。

PID控制规律写成传递函数的形式为

式中，

为比例系数；

为积分系数；

为微分系数；

为积分时间常数；

为微分时间常数；

简单来说，PID控制各校正环节的作用如下：

（1）比例环节：

成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。

（2）积分环节：

主要用于消除静差，提高系统的无差度。

积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越大，积分作用越弱，反之则越强。

（3）微分环节：

反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。

四、上机过程

1、在MATLAB命令窗口中输入“Simulink”进入仿真界面。

2、构建PID控制器：

（1）新建Simulink模型窗口（选择“File/New/Model”）,在SimulinkLibraryBrowser中将需要的模块拖动到新建的窗口中，根据PID控制器的传递函数构建出如下模型：

各模块在如下出调用：

MathOperations模块库中的Gain模块，它是增益。

拖到模型窗口中后，双击模块，在弹出的对话框中将‘Gain’分别改为‘Kp’、‘Ki’、‘Kd’，表示这三个增益系数。

至此，PID控制器便构建完成，它可以像Simulink自带的那些模块一样，进行拖拉，或用于创建其它系统。

3、搭建一单回路系统结构框图如下图所示：

所需模块及设置：

Sources模块库中Step模块；

Sinks模块库中的Scope模块；

CommonlyUsedBlocks模块库中的Mux模块和Sum模块；

Continuous模块库中的Zero-Pole模块。

Step模块，Sum模块和Zero-Pole模块设置如下：

4、构建好一个系统模型后，就可以运行，观察仿真结果。

运行一个仿真的完整过程分成三个步骤：

设置仿真参数、启动仿真和仿真结果分析。

选择菜单“Simulation/ConfiurationParameters”，可设置仿真时间与算法等参数，如下图示：

其中默认算法是ode45（四/五阶龙格-库塔法），适用于大多数连续或离散系统。

5、双击PID模块，在弹出的对话框中可设置PID控制器的参数Kp,Ki,Kd：

设置好参数后，单击“Simulation/Start”运行仿真，双击Scope示波器观察输出结果，并进行仿真结果分析。

比较以下参数的结果：

（1）Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4

（2）Kp=6.7,Ki=2,Kd=2.5

（3）Kp=4.2,Ki=1.8,Kd=1.7

6、以Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4这组数据为基础，改变其中一个参数，固定其余两个，以此来分别讨论Kp,Ki,Kd的作用。

只改变

，当

=8.5,

=6.7,

=4.2时候系统输出曲线截图标注;

=5.3,

=2,

=1.8时候系统输出曲线截图标注;

=3.4,

=2.5,

=1.7时候系统输出曲线截图标注。

7、分析不同调节器下该系统的阶跃响应曲线

（1）P调节Kp=8

（2）PI调节Kp=5,Ki=2

（3）PD调节Kp=8.5,Kd=2.5

（4）PID调节Kp=7.5,Ki=5,Kd=3

五．实验结果

1.

（1）Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4

2以Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4这组数据为基础，改变其中一个参数，固定其余两个。

（1）Ki，Kd不变仅改变Kp；

Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4

Kp=6.7,Ki=5.3,Kd=3.4

Kp=4.2,Ki=5.3,Kd=3.4

（2）Kp，Kd不变仅改变Ki；

Kp=8.5,Ki=2,Kd=3.4

Kp=8.5,Ki=1.8,Kd=3.4

（3）Kp，Ki不变仅改变Kd；

Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=2.5

Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=1.7

3不同调节器下该系统的阶跃响应曲线

六.总结

1、P控制规律控制及时但不能消除余差，I控制规律能消除余差但控制不及时且一般不单独使用，D控制规律控制很及时但存在余差且不能单独使用。

2、比例系数越小，过渡过程越平缓，稳态误差越大；

反之，过渡过程振荡越激烈，稳态误差越小；

若Kp过大，则可能导致发散振荡。

Ti越大，积分作用越弱，过渡过程越平缓，消除稳态误差越慢；

反之，过渡过程振荡越激烈，消除稳态误差越快。

Td越大，微分作用越强，过渡过程趋于稳定，最大偏差越小；

但Td过大，则会增加过渡过程的波动程度。

3、P和PID控制器校正后系统响应速度基本相同（调节时间ts近似相等），但是P控制器校正产生较大的稳态误差，而PI控制器却能消除余差，而且超调量较小。

PID控制器校正后系统响应速度最快，但超调量最大。