PID控制系統(tǒng)的Simulink仿真分析解讀

西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目_PID控制系統(tǒng)的Simulink仿真分析 實(shí)驗(yàn)日期:專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：指導(dǎo)教師：批改日期：西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目_PID控制系統(tǒng)的Simulink仿真分析 實(shí)驗(yàn)日期:專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：指導(dǎo)教師：批改日期：課程名稱： MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：_PID控制系統(tǒng)的Simulink仿真分析專業(yè)班級(jí)：—學(xué)號(hào)： 姓名： 指導(dǎo)教師： 日期： 機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心注：1、請(qǐng)實(shí)驗(yàn)學(xué)生及指導(dǎo)教師實(shí)驗(yàn)前做實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備使用登記；2、請(qǐng)各位學(xué)生大致按照以下提綱撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，可續(xù)頁；3、請(qǐng)指導(dǎo)教師按五分制(優(yōu)、良、中、及格、不及格)給出報(bào)告成績(jī)；4、課程結(jié)束后，請(qǐng)將該實(shí)驗(yàn)報(bào)告上交機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心存檔。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù).掌握PID控制規(guī)律及控制器實(shí)現(xiàn)。.掌握用Simulink建立PID控制器及構(gòu)建系統(tǒng)模型與仿真方法。二、實(shí)驗(yàn)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制器，它根據(jù)給定值與實(shí)際輸出值構(gòu)成控制偏差。 PID控制規(guī)律寫成傳遞函數(shù)的形式為E(s) 1 KiG(s)()=Kp(1 TdS)=Kp KdSU(s) Tis s式中，Kp為比例系數(shù)；Ki為積分系數(shù)；Kd為微分系數(shù)；丁=6為積分時(shí)間常數(shù)；KiTd=也為微分時(shí)間常數(shù)；簡(jiǎn)單來說，PID控制各校正環(huán)節(jié)的作用如下：Kp(1)比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)， 偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。(2)積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti,Ti越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。(3)微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速率)，并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。三、實(shí)驗(yàn)使用儀器設(shè)備(名稱、型號(hào)、技術(shù)參數(shù)等)計(jì)算機(jī)、MATLA顫件四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(步驟)1、在MATLAB命令窗口中輸入“simulink”進(jìn)入仿真界面。2、構(gòu)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(dòng)到新建的窗口中，根據(jù)PID控制器的傳遞函數(shù)構(gòu)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(duì)話框中將‘Gain'分別改為’Kp'、’Ki'、'Kd',表示這三個(gè)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(rèn)是兩個(gè)輸入相加，雙擊該模塊，將‘ListofSigns'框中的兩個(gè)加號(hào)（++）后輸入一個(gè)加號(hào)（+）,這樣就改為了三個(gè)加號(hào)，用來表示三個(gè)信號(hào)的疊加。Ports&Subsystems?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(jié)構(gòu)圖封裝成PID控制器。①創(chuàng)建子系統(tǒng)。選中上述結(jié)構(gòu)圖后再選擇模型窗口菜單“Edit/CreatSubsystem'②封裝。選中上述子系統(tǒng)模塊，再選擇模型窗口菜單“ Edit/MaskSubsystem"③根據(jù)需要，在封裝編輯器對(duì)話框中進(jìn)行一些封裝設(shè)置， 包括設(shè)置封裝文本、對(duì)話框、圖標(biāo)等。本次試驗(yàn)主要需進(jìn)行以下幾項(xiàng)設(shè)置：Icon（圖標(biāo)）項(xiàng)：“Drawingcommands”編輯框中輸入“disp（PID'）"，如下左圖示：Parameters參數(shù)）項(xiàng)：創(chuàng)建Kp,Ki,Kd三個(gè)參數(shù)，如下右圖示：

多Maskeditor：SubsystemIconParametersInitialization|DocumentationrDialogparametersOptionsforselectedparameter多Maskeditor：SubsystemIconParametersInitialization|DocumentationrDialogparametersPopups(oneperline):Indialog:ShowparaiEnableparDialogUnmaskOKCancelHelpApplycallback;I 二JUnmaskOKCancelHelpApply至此，PID控制器便構(gòu)建完成，它可以像Simulink自帶的那些模塊一樣，進(jìn)行拖拉,或用于創(chuàng)建其它系統(tǒng)。

3、搭建一單回路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：@zhangling2 〔口I回所需模塊及設(shè)置：Sources模塊庫中Step模塊；Sinks模塊庫中的Scope模塊；CommonlyUsedBlocks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(shè)置如下:，BlockParametersiStepStepOutputa.step.FaranetersStepti均e:FInitialvalue:Finalvalue:bFWInterpretvectorparameters1-D1/EnablezerocroBsinedetectionIOKICancelIMeinIj0BlockParameters;Zero-PoleZerc-Pole-Xatrizexpressionforzeros.Veetorezpressionforpolesandgain.OutputTidth€Qual￡thendz看rofcoluansinz@roan且triK上dtone:zerosIeavector.Parar;=tsreZeros:Polas?|[-1-2-3-43Gain二Absolut&tolerance二且uto4、構(gòu)建好一個(gè)系統(tǒng)模型后，就可以運(yùn)行，觀察仿真結(jié)果。運(yùn)行一個(gè)仿真的完整過程分成三個(gè)步驟：設(shè)置仿真參數(shù)、啟動(dòng)仿真和仿真結(jié)果分析。選擇菜單“Simulation/ConfiurationParameters',可設(shè)置仿真時(shí)間與算法等參數(shù)，如下圖示:其中默認(rèn)算法是ode45（四/五階龍格-庫塔法），適用于大多數(shù)連續(xù)或離散系統(tǒng)。

5、雙擊PID模塊，在彈出的對(duì)話框中可設(shè)置 PID控制器的參數(shù)Kp,Ki,Kd:IQBlockParameters:Subsystem [\設(shè)置好參數(shù)后，單擊“Simulation/Start”運(yùn)行仿真，雙擊Scope示波器觀察輸出結(jié)果，并進(jìn)行仿真結(jié)果分析。比較以下參數(shù)的結(jié)果：Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4Kp=6.7,Ki=2,Kd=2.5Kp=4.2,Ki=1.8,Kd=1.76、以Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4這組數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，改變其中一個(gè)參數(shù)，固定其余兩個(gè)，以此來分別討論Kp,Ki,Kd的作用。7、分析不同調(diào)節(jié)器下該系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：指導(dǎo)教師：批改日期：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：指導(dǎo)教師：批改日期：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：指導(dǎo)教師：批改日期：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：指導(dǎo)教師：批改日期：西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目_PID控制系統(tǒng)的Simulink仿真分析 實(shí)驗(yàn)日期:專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：P調(diào)節(jié)Kp=8PI調(diào)節(jié)Kp=5,Ki=2PD調(diào)節(jié)Kp=8.5,Kd=2.5PID調(diào)節(jié)Kp=7.5,Ki=5,Kd=3程序及運(yùn)行結(jié)果如下(1)Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目_PID控制系統(tǒng)的Simulink仿真分析 實(shí)驗(yàn)日期:專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：指導(dǎo)教師：批改日期：西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目_PID控制系統(tǒng)的Simulink仿真分析 實(shí)驗(yàn)日期:專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：指導(dǎo)教師：批改日期：2)Kp=6.7,Ki=2,Kd=2.5?BlockParameters^SubsystemScope［口I回昌茴aa處衿寇疆西?*Timeottset：0西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)日期國百位百了Kp=4.2,Ki=1.8,Kd=1.700lockParameters:Subsystem1指導(dǎo)教師批改日期課程名稱： 西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)日期國百位百了Kp=4.2,Ki=1.8,Kd=1.700lockParameters:Subsystem1指導(dǎo)教師批改日期課程名稱： MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目_PID控制系統(tǒng)的Simulink仿真分析專業(yè)班級(jí)： 學(xué)號(hào)：姓名：Timeoffset西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī): 指導(dǎo)教師: 批改日期:-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī): 指導(dǎo)教師: 批改日期:西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī): 指導(dǎo)教師: 批改日期:-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī): 指導(dǎo)教師: 批改日期:實(shí)驗(yàn)日期:實(shí)驗(yàn)日期:課程名稱： MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目_PID控制系統(tǒng)的Simulink仿真分析專業(yè)班級(jí)： 學(xué)號(hào)：姓名：西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目_PID控制系統(tǒng)的Simulink仿真分析 實(shí)驗(yàn)日期:專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：指導(dǎo)教師：批改日期：西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目_PID控制系統(tǒng)的Simulink仿真分析 實(shí)驗(yàn)日期:專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：指導(dǎo)教師：批改日期：6、以Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4這組數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，改變其中一個(gè)參數(shù)，固定其余兩個(gè)，以此來分別討論Kp,Ki,Kd的作用。先改變kp的值，其余兩個(gè)不變，分為兩組，第一組是 kp的值小于8.5,第二組是kp的值大于8.5.此處的值都是任意取得，kp1=7.2.kp2=9.4Kp=7.2Ki=5.3,Kd=3.4BlockParameters:Subsystem I&Kp=9.4,Ki=5.3,Kd=3.4fBlockParameters:Subsystem西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目_PID控制系統(tǒng)的Simulink仿真分析 實(shí)驗(yàn)日期:專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī): 指導(dǎo)教師: 批改日期:-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī): 指導(dǎo)教師: 批改日期:西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目_PID控制系統(tǒng)的Simulink仿真分析 實(shí)驗(yàn)日期:專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī): 指導(dǎo)教師: 批改日期:-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī): 指導(dǎo)教師: 批改日期:改變ki的值，其余兩個(gè)不變，分為兩組，第一組是 ki的值小于5.3,第二組是ki的值大于5.3.此處的值都是任意取得，ki1=4.7.ki2=6.1Kp=8.5,Ki=4.7,Kd=3.4西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目_PID控制系統(tǒng)的Simulink仿真分析 實(shí)驗(yàn)日期:專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：指導(dǎo)教師：批改日期：西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目_PID控制系統(tǒng)的Simulink仿真分析 實(shí)驗(yàn)日期:專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：指導(dǎo)教師：批改日期：(4)Kp=8.5,Ki=6.1,Kd=3.4喇BlockParameters:Subsystem改變kd的值，其余兩個(gè)不變，分為兩組，第一組是kd的值小于3.4,第二組是kd的值大于3.4.此處的值都是任意取得，kd1=2.6.kd2=4.7(5)Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=2.6(6)Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=4.7RBlockParameters:Subsystem7、分析不同調(diào)節(jié)器下該系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(1)P調(diào)節(jié)Kp=8況BlockParameters:Subsystem(2)PI調(diào)節(jié)Kp=5,Ki=2西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 西安工程大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目_PID控制系統(tǒng)的Simulink仿真分析 實(shí)驗(yàn)日期:專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：-1-實(shí)驗(yàn)成績(jī)：-1