PID控制系統(tǒng)系統(tǒng)地Simulink仿真分析資料報告

1、課程名稱：MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真實驗項目:PID控制系統(tǒng)的Simulink仿真分析專業(yè)班級：學號：姓名：指導教師:日期：機械工程實驗教學中心注：1、請實驗學生與指導教師實驗前做實驗儀器設備使用登記；2、請各位學生大致按照以下提綱撰寫實驗報告，可續(xù)貞；3、請指導教師按五分制優(yōu)、良、中、與格、不與格給出報告成績;4、課程完畢后，請將該實驗報告上交機械工程實驗教學中心存檔。一、實驗目的和任務1.掌握PID控制規(guī)律與控制器實現(xiàn)。2. 掌握用Simulink建立PID控制器與構建系統(tǒng)模型與仿真方法。二、實驗原理和方法在模擬控制系統(tǒng)中，控制器中最常用的控制規(guī)律是PID控制。PID控制器是一種線性控

2、制器，它根據(jù)給定值與實際輸出值構成控制偏差。PID控制規(guī)律寫成傳遞函數(shù)的形式為G(s)紋K。.,、Kp(11Tds)Kp冬KsKdsU(s)ss式中，Kp為比例系數(shù)；Ki為積分系數(shù)；Kd為微分系數(shù)；Ti"為積分時間常數(shù);Td宣為微分時間常數(shù)；簡單來說，PID控制各校正環(huán)節(jié)的作用如下：Kp1比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產生，控制器立即產生控制作用，以減少偏差。2積分環(huán)節(jié)：主要用丁消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決丁積分時間常數(shù)Ti,Ti越大，積分作用越弱，反之如此越強。3微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號的變化趨勢變化速率，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入

3、一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調節(jié)時間。三、實驗使用儀器設備名稱、型號、技術參數(shù)等計算機、MATLA歌件四、實驗容（步驟1、在MATLAB命令窗口中輸入“simulink”進入仿真界面。2、構建PID控制器：1新建Simulink模型窗口選擇“File/New/Model”,在SimulinkLibraryBrowser中將需要的模塊拖動到新建的窗口中，根據(jù)PID控制器的傳遞函數(shù)構建出如下模型：各模塊如下：MathOperations模塊庫中的Gain模塊，它是增益。拖到模型窗口中后，雙擊模塊，在彈出的對話框中將Gain'分別改為Kp'、Ki'、K

4、d表示這三個增益系數(shù)。Continuous模塊庫中的Integrator模塊，它是積分模塊；Derivative模塊，它是微分模塊。MathOperations模塊庫中的Add模塊，它是加法模塊，默認是兩個輸入相加，雙擊該模塊，將ListofSigns'框中的兩個加號+后輸入一個加號+，這樣就改為了三個加號，用來表示三個信號的疊加。Ports&Subsystem馳塊庫中的In1模塊輸入端口模塊和Out1模塊輸出端口模塊。2將上述結構圖封裝成PID控制器。 創(chuàng)建子系統(tǒng)。選中上述結構圖后再選擇模型窗口菜單“Edit/CreatSubsystem'封裝。選中上述子系統(tǒng)模塊，再

5、選擇模型窗口菜單“Edit/MaskSubsystem'根據(jù)需要，在封裝編輯器對話框中進展一些封裝設置，包括設置封裝文本、對話框、圖標等。本次試驗主要需進展以下幾項設置：Icon圖標項："Drawingmands”編輯框中輸入“disp(PID')”,如下左圖示：Parameters參數(shù))項：創(chuàng)建Kp,Ki,Kd三個參數(shù)，如下右圖示：4、Maskeditor:Subsystem回ParametersInitialization|DocumentationIconrDialogparametersOptionsforselectedparameterPopups(one

6、perline):Indialog:AShowparai廳EnableparDialogcallback:UnmaskOKCancelHelpApply至此，PID控制器便構建完成，它可以像Simulink自帶的那些模塊一樣，進展拖拉,或用丁創(chuàng)建其它系統(tǒng)。3、搭建一單回路系統(tǒng)結構框圖如如下圖所示：.zhngling2所需模塊與設置：Sources塊庫中Step模塊；Sinks模塊庫中的Scope模塊；monlyUsedBlocks模塊庫中的Mux模塊；Continuous模塊庫中的Zero-Pole模塊。Step模塊和Zero-Pole模塊設置如下：BlockParametersStepSte

7、pOutputaFaraziMtwrwStetisfr：Initialvalue:Finalvalue:Sampletine7interpretvectorpa-raeersaz1-DQEnablezerocroesinedetectionMeleCane*1BlockParameters；Zero*PolsZere-PoleiLatrizexpressionforzeros.Vsctarezressionforpolsandgain.OutputTidtheQLialsthen.LEt*rofcolimnsinzstdbDatiiz±dtone:zeroslaavector.iPa

8、raxster&Zeros:IGain:hoAhsolut&tDl&rancezauto4、構建好一個系統(tǒng)模型后，就可以運行，觀察仿真結果。運行一個仿真的完整過程分成三個步驟：設置仿真參數(shù)、啟動仿真和仿真結果分析。選擇菜單“Simulation/ConfiurationParameter',可設置仿真時間與算法等參數(shù)，如如下圖示：其中默認算法是ode45四/五階龍格-庫塔法，適用丁大多數(shù)連續(xù)或離散系統(tǒng)。5、雙擊PID模塊，在彈出的對話框中可設置PID控制器的參數(shù)Kp,Ki,Kd:設置好參數(shù)后，單擊“Simulation/Start”運行仿真，雙擊Scope示波器

9、觀察輸出結果，并進展仿真結果分析。比擬以下參數(shù)的結果：6、以Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4這組數(shù)據(jù)為根底，改變其中一個參數(shù)，固定其余兩個,以此來分別討論Kp,Ki,Kd的作用。7、分析不同調節(jié)器下該系統(tǒng)的階躍響應曲線1P調節(jié)Kp=82PI調節(jié)Kp=5,Ki=24PID調節(jié)Kp=7.5,Ki=5,Kd=3程序與運行結果如下1際BlockParameters:SubsystemOKCaneelHelpApplygig|pppABS54or'1i；MfFFwyy，rpbhaw1rrpha210-2b>.JL>>J：B>>J一一一一一一一,一一'

10、111'1'!''1”J4-R111i.051015HScopeI=>|回骨囹©力夕裁鼠幽I日干1.4i112i',;.:I:'r'"-B*'preBl"'-"*.>rr!-BBBii>>rrPBBBiti>rrrxesoii-aH"J*J1-ia-Jo-Ji051015Timeoffset:0DScope|E回#gippp0a4naarnrhm20-L；:-I!.！I11WT!11IT!rri;aaa9iiiirraHHBi-riirraaa

11、aaiirrrBHHHsi-iwH"2J!11rw!*irmrriiaaaaiiiri*i!i、Trreaaaaii-iirraBBaaii-MH3|""11'""»>>""»Ja>»»""I»ddj.i.i.i.adddi.i.bs.addddJI.i.ui.badjJj'-5li051015Timeotfsd：0Timeoffset:念置|PPP6、以Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4這組數(shù)據(jù)為根底，改變其中一個

12、參數(shù)，固定其余兩個,以此來分別討論Kp,Ki,Kd的作用。(1)Kp=Ki=5.3,Kd=場BlockParameters:SubsystemSufeiTfteB=ask：Titneoffset(2)Kp=酣BlockParameters:SubsystemSubsy*twm:Ziaik：i-FaraaetersiplyOKCaiiGelu-ip(3)Kp=8.5,Ki=Timeoffset歹夕0(4)Kp=8.5,Ki=朝BlockParameters:Subsystem(5)Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=(6)Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=7、分析不同調節(jié)器下該系統(tǒng)的階躍響應曲線(

13、1)P調節(jié)Kp=82PI調節(jié)Kp=5,Ki=2導BlockParameters;SubsysiemHScope=一回I以1.4i1.niiirnngirairnienii*"rsiiraniriiBaai-iH1-:I*r:Q8',，ej/：耳=-''iF:rr；:|-一-一.-«Ia»J««""-L"aII:rr:0!i051015Timeoffset:04PID調節(jié)Kp=7.5,Ki=5,Kd=3UBlockParameters:Subsystem五.結論總結PID調節(jié)的根本特點pid調節(jié)即為比例，積分，微分調節(jié)。Kp為比例參數(shù)，主要是用丁快速調節(jié)誤差；Ki為積分參數(shù)，主要是用丁調節(jié)穩(wěn)態(tài)時間；Kd為微分參數(shù)，主要是用丁預測誤差趨勢，提前修正誤差。隨著kp,