实验四 PID控制系统的Simulink
控制系统的Simulink仿真
06 结论与展望
结论
控制系统Simulink仿真是一种有 效的工具，可用于模拟和分析各 种控制系统的性能。通过使用 Simulink，研究人员和工程师可 以轻松地构建和修改控制系统模 型，并使用各种仿真工具进行系 统分析和优化。
Simulink提供了广泛的模块库和 工具，可用于构建各种类型的控 制系统模型，包括线性、非线性、 离散和连续系统。这些模块可以 方便地组合和修改，以适应特定 的控制系统需求。
非线性系统仿真
总结词
对非线性系统的动态行为进行模拟的过程。
详细描述
非线性系统在Simulink中可以通过使用非线性模块进行模拟。非线性系统是指系统的 输出与输入不成比例的系统，例如某些电子设备或机械系统。在Simulink中，可以使 用非线性模块来模拟这些系统的行为，例如非线性增益、饱和等。通过调整模块参数，
• 未来，Simulink可能会引入更多先进的仿真技术和算法，以提高仿真精度和 效率。例如，基于模型的控制设计、自适应控制、预测控制等先进控制算法可 能会被集成到Simulink中，以提供更强大的分析和优化工具。
• 此外，随着物联网和智能制造等领域的快速发展，Simulink可能会扩展其模 块库和工具箱，以支持这些领域的控制系统建模和仿真。例如，增加与传感器 、执行器和其他智能设备的接口模块，以及支持实时仿真和嵌入式系统开发的 工具箱。
保障生产安全
控制系统能够及时检测和预防潜在的安全隐患， 降低事故发生的可能性。
3
节能减排
优化控制参数，降低能耗和排放，符合绿色环保 要求。
控制系统的发展历程
01
02
03
模拟控制系统
Simulink中系统PID控制调节
动态调节Simulink系统响 应：
9.在窗口Compensator页选项，选择要调 节的项目，在窗口Design Requirements 页，点击Add new design requirement 添加设计要求
10.点击OK会在分析图像上显示出设 计要求区间。点击Start Optimization， 软件会开始自动迭代寻找符合要求的 参数
动态调节Simulink系统响 应：
12.完成后关闭窗口，会提示是否保存测 试数据。注意：调节模型中的PID系数是 11.在窗口树状图选择SISO Design Task， 一个变量，如何直接关闭模型数据就不会 保存下来，一定要保存得到的数据 在Compensator Editor页，点击Update Simulink Block Parameters更新参数
PID控制实现：
1）离散时间域 2）考虑硬件条件 3）控制算法生成代码
3.在PID Controller的Data Types页，可 以对每个PID参数进行定标处理
4.右击PID Controller，C/C++ Code->Buid This Subsystem生成 PID控制算法对应的c代码，或者生 成S-function进行软件在回路测试
3.点击Select Blocks...选择调节的模块， 完成后点击Tune Blocks进行参数调优
动态调节Simulink系统响 应：
4.选择系统动态调节图像
6.点击Finish输出图像
动态调节图可以拖 动图像改变系统特 性，同时改变变量 的值
5.点击Next选择系统分析图像
分析图只能做分析 用
相位裕度简介
主要用来衡量负反馈系统的稳定性，并能用来预测闭 环系统阶跃响应的过冲。 相位裕度可以看作是系统进入不稳定状态之前可以增 加的相位变化，相位裕度越大，系统越稳定，但同时 时间响应速度减慢了，因此必须要有一个比较合适的 相位裕度。经研究发现，相位裕度至少要45°，最好 是60° 。
Simulink中系统PID控制调节解析
PID控制实现
PID控制实现：
简单仿真系统
PID控制实现：
1）离散时间域 2）考虑硬件条件 3）控制算法生成代码
1.打开PID Controller，点击Discretetime切换到离散域，Sample time根据 实际硬件的采样时间更改
2.同样采用Tune..调节离散域下新的最 优PID参数，系统从原来不稳定变成稳 定
Simulink中系统 PID控制调节
天津科技大学：机械工程肖志鹏
主要内容
• • • •
查看系统响应 动态调节系统响应 PID控制参数调优 PID控制实现
查看系统响应
查看Simulink仿真系统响 应：
简单仿真系统
查看Simulink仿真系统响应：
1.在模型分析的节点选择线性 分析点
2.从菜单栏->Analysis->Control Design->Linear Analysis...打开线性分 析窗口
动态调节Simulink系统响 应：
12.完成后关闭窗口，会提示是否保存测 试数据。注意：调节模型中的PID系数是 11.在窗口树状图选择SISO Design Task， 一个变量，如何直接关闭模型数据就不会 保存下来，一定要保存得到的数据 在Compensator Editor页，点击Update Simulink Block Parameters更新参数
谢谢观赏
水平有限如有错误欢迎指正
参考资料：
/products/simulink
积分饱和简介
所谓积分饱和现象是指若系统存在一个方向的偏差， PID控制器的输出由于积分作用的不断累加而加大， 从而导致u(k)达到极限位置。此后若控制器输出继续 增大，u(k)也不会再增大，即系统输出超出正常运行 范围而进入了饱和区。一旦出现反向偏差，u(k)逐渐 从饱和区退出。进入饱和区愈深则退饱和时间愈长。 此段时间内，执行机构仍停留在极限位置而不能随着 偏差反向立即做出相应的改变，这时系统就像失去控 制一样，造成控制性能恶化。这种现象称为积分饱和 现象或积分失控现象。
基于-Simulink的位置式和增量式PID仿真
基于Simulink的位置式和增量式PID仿真一、实验目的：1、用Matlab的仿真工具Simulink分别做出数字PID控制器的两种算法（位置式和增量式）进行仿真；2、被控对象为一阶惯性环节 D(s) = 1 / (5s+1)；3、采样周期 T = 1 s；4、仿真结果：确定PID相关参数，使得系统的输出能够很快的跟随给定值的变化，给出例证，输入输出波形，程序清单及必要的分析。
二、实验学时：4三、实验原理：（1）列出算法表达式：位置式PID控制算法表达式为：（2）列出算法传递函数：（3）建立simulink模型：（4）准备工作：双击step，将sample time设置为1以符合采样周期 T = 1 s 的要求；选定仿真时间为500。
第一步是先获取开环系统的单位阶跃响应，在Simulink中，把反馈连线、微分器、积分器的输出连线都断开，并将’Kp’的值置为1，调试之后获取响应值。
再连上反馈线，再分别接上微分器、积分器，仿真，调试仿真值。
2、增量式PID：（1）列出算法表达式：增量式PID控制算法表达式为：（2）列出算法传递函数：（3）建立simulink模型：（4）准备工作：双击step，将sample time设置为1以符合采样周期 T = 1 s 的要求；选定仿真时间为500。
第一步是先获取开环系统的单位阶跃响应，在Simulink中，把反馈连线、微分器、积分器的输出连线都断开，并将’Kp’的值置为1，调试之后获取响应值。
再连上反馈线，再分别接上微分器、积分器，仿真，调试仿真值。
四、实验内容：1、位置式：（1）P控制整定仿真运行完毕，双击“scope”得到下图将Kp的值置为0.5，并连上反馈连线。
仿真运行完毕，双击“scope”得到下图效果不理想，再将Kp的值置为0.2，并连上反馈连线。
P控制时系统的单位阶跃响应图如下：（2）PI控制整定（比例放大系数仍为Kp=0.2）经多次输入Ki的值，发现Ki=1时，系统的输出最理想，选定仿真时间，仿真运行，运行元毕后. 双击" Scope " 得到以下结果（3）PID控制整定经多次输入调试，Kd的值置为0.5时，系统能最快地趋向稳定。
仿真实验内容
第一章实验内容实验一Matlab语言的基础一、实验目的和要求1、掌握Matlab语言的基础知识，包括Matlab窗口环境的使用；2、矩阵运算及多项式处理；3、基本的绘图命令；4、程序设计入门。
二、实验内容：1、帮助命令使用help命令，查找sqrt（开方）函数的使用方法；2、矩阵运算（1）矩阵的乘法已知A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8];求A^2*B（2）矩阵除法已知：A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]; B=[1 0 0;0 2 0;0 0 3];求A\B,A/B（3）矩阵的转置及共轭转置已知：A=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i];求A.', A'（4）使用冒号选出指定元素已知：A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9];求A中第3列前2个元素；A中所有列第2，3行的元素；3、多项式（1）求多项式p(x)=x3-2x-4的根（2）已知A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] ，求矩阵A的特征多项式;4、 基本绘图命令（1）绘制余弦曲线y=cos(t)，t ∈[0，2π] 。
（2）在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)， t ∈[0，2π] 。
（3）方程)tan(sin )sin(tan x x y -=，x ∈[-π，π]试比较x=[-pi : 0.05 : pi]和x=[-pi : 0.05 : -1.8,-1.801 : .001: -1.2,-1.2 :0.05: 1.2, 1.201 : .001 : 1.8, 1.81:0.05 :pi]的曲线有何不同。
（4）Butterworth 低通滤波器的数学模型为nD v u D v u H 20]/),([11),(+=，其中02020,)()(),(D v v u u v u D -+-=为给定的区域半径，n 为阶次，u 0和v 0为区域的中心。
课程设计专家PID控制系统simulink仿真
课程设计题目：专家PID控制系统仿真专家PID控制系统仿真摘要简单介绍了常规PID控制的优缺点和专家控制的基本原理，介绍了专家PID控制的系统结构，针对传递函数数学模型设计控制器。
基于MATLAB的simulink仿真软件进行应用实现，仿真和应用实现结果均表明，专家PID控制具有比常规PID更好的控制效果，且具有实现简单和专家规则容易获取的优点。
论文主要研究专家PID控制器的设计及应用，完成了以下工作：（1）介绍了专家PID控制和一般PID控制的原理。
（2）针对任务书给出的受控对象传递函数G(s)=523500/(s3+87.35s2+10470s) ，并且运用MATLAB实现了对两种PID控制器的设计及simulink仿真，且对两种PID控制器进行了比较。
（3）结果分析，总结。
仿真结果表明，专家PID控制采用多分段控制，其控制精度更好，且具有优越的抗扰性能。
关键词：专家PID，专家系统，MATLAB，simulink仿真Expert PID control system simulationAbstractThe advantages and disadvantages of conventional PID control and the basic principle of expert control are briefly introduced, and the structure of expert PID control system is introduced. Simulink simulation software based on MATLAB is implemented. The simulation and application results show that the expert PID control has better control effect than the conventional PID, and has the advantages of simple and easy to get.This paper mainly studies the design and application of the expert PID controller:(1) the principle of PID control and PID control is introduced in this paper.(2) the controlled object transfer function G (s) =523500/ (s3+87.35s2+10470s), and the use of MATLAB to achieve the design and Simulink simulation of two kinds of PID controller, and the comparison of two kinds of PID controller.(3) result analysis, summary.The simulation results show that the control accuracy of the expert PID control is better than that of the control.Key words:Expert PID , MA TLAB, expert system, Simulink, simulation目录摘要 (I)Abstract ..................................................................................................................................... I II 第一章引言 . (2)1.1 研究目的和意义 (2)1.2国内外研究现状和发展趋势 (3)第二章PID控制器综述 (3)2.1常规PID控制器概述 (3)2.2专家PID控制器 (4)第三章专家PID控制在MATLAB上的实现 (5)3.1简介 (5)3.2设计专家PID 控制器的实现方法 (5)3.3.专家PID控制器的S函数的M文件实现 (7)3.4专家PID控制器的simulink设计 (8)3.5专家PID控制和传统PID比较 (13)第四章结论 (14)4.1专家PID控制系统的优缺点及解决方案 (14)4.2最终陈述 (14)第一章引言近十几年，国内外对智能控制的理论研究和应用研究十分活跃，智能控制技术发展迅速，如专家控制、自适应控制、模糊控制等，现已成为工业过程控制的重要组成部分。
SIMULINK建模仿真PID控制
实验二PID调节器实验内容：SIMULINK建模仿真学生信息：自动化提交日期：2023年5月28日报告内容：PID调节器一、实验目的1．掌握仿真系统参数设置及子系统封装技术；2．分析PID调节器各参数对系统性能的影响。
二、实验设备1．计算机1台2．MATLAB 7.X软件1套。
三、实验原理说明1．建立新的simulink模块编辑界面，画出如图1所示的模块图。
对应的增益参数分别设为P和I，左击选中全部框图，右击菜单选择“creat subsystem”，变为图2。
图1：图2：2．右击图2中间的框图“Subsystem”，在右击的菜单中选择“Mask Subsystem”，出现下图。
先直接输入disp('PI调节器')，给待封装的子系统命名。
3．选择“Parameters”进行参数设置，点击按钮，添加参数，此参数必须与上文设置的参数对应，否则无效，如下图所示。
4．点击OK，完成子系统的封装。
双击PI调节器模块，出现参数设定对话框如下，可以进行参数调节。
四、实验步骤1．从continue模块集中拉出Derivative、Integrator以及从Math Operations模块集中拉出Gain模块，设计PID调节器，对PID调节器进行封装；2．建立Simulink原理图如下：3．双击PID调节器模块，调整调节器的各参数。
五、实验要求分析调节器各参数对系统性能的影响，撰写实验报告：1．P调节将PID调节器的积分增益和微分增益改为0，使其具有比例调节功能，对系统进行纯比例调节。
调整比例增益（P=0.5，2，5），观察响应曲线的变化。
图1 P=0.5时的阶跃信号及其响应图2 P=2时的阶跃信号及其响应图3 P=5时的阶跃信号及其响应P增大，系统在稳定时的静差减少。
2．PD调节调节器的功能改为比例微分调节，调整参数（P=2，D=0.1，0.5，2，5），观测系统的响应曲线。
图4 P=2，D=0.1时的阶跃信号及其响应图5 P=2，D=0.5时的阶跃信号及其响应图6 P=2，D=2时的阶跃信号及其响应图7 P=2，D=5时的阶跃信号及其响应D增大，系统将会快速收敛，同时系统静差会增大。
先进PID控制器的Simulink仿真设计(计算机控制技术)
电子信息工程学系实验报告
课程名称：计算机工业控制技术
实验项目名称：先进PID 控制器的Simulink 仿真设计 实验时间：
班级： 姓名： 学号：
实 验 目 的:
1.掌握PID 控制规律的特点。
2.研究连续PID 、数字增量PID 、抗积分饱和PID 控制算法的异同。
3.掌握使用Simulink 仿真设计各种PID 控制器。
4.学会使用Matlab 生成子系统封装，并加入控制器模块库；再调用重新构造系统。
实 验 环 境:
计算机、matlab 软件
实 验 内 容 及 步 骤:
1.根据控制算法画出Simulink 框图；
2.设定各模块的参数
3.生成子系统封装，加入控制器模块库；
4.设计应用系统调用控制器模块。
三种PID 控制器实验的图形与数据分别是： 【1】 连续PID 控制器：
【2】数字增量式PID控制器：
【3】抗积分饱和PID控制器：
实验结果及分析：
【1】连续PID控制器：
此时：kp=0.9;ki=0.008;kd=0.002
Mp％＝10.76％；调整时间：0.1161s；稳定输出为1
【2】数字增量式PID控制器：
此时：Kp=0.2;ki=0.001;kd=0.001;T=0.001
Mp％＝11.46％；调整时间：0.16425s；稳定输出为1 【3】抗积分饱和PID控制器：
此时：Kp=1;ki=0.001;kd=0.001。
运用simulink实现PID设计
题目：基于MATLAB/Simulink的PID控制系统的设计与仿真班级：姓名：学号：2010年6月基于MATLAB/Simulink的PID控制系统的设计与仿真摘要:介绍了基于Ziegler- Nichols整定方法的PID 控制器设计, 给出了基于MATLAB和Simulink的实现方法和仿真。
仿真结果表明, 此算法设计的PID 控制器有良好的性能指标。
1 控制对象建模1.1 PID 控制系统的建模PID(Proportional，Integral and Differemial)控制器是一种基于“过去”，“现在”和“未来”信息估计的简单算法。
常规PID控制系统原理框图如下图所示，系统主要由PID 控制器和被控对象组成。
作为一种线性控制器，它根据给定值rin(t)与实际输出值yout(t)构成控制偏差e(t)，将偏差按比例、积分、和微分通过线性组合构成控制量u(t)，对被控对象进行控制。
PID控制系统原理图PID 控制器的数学描述为:其传递函数可表示为:PID控制器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e(t)，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。
从根本上讲，设计 PID 控制器也就是确定其比例系数K p、积分系数Ti 和微分系数Td , 这三个系数取值的不同，决定了比例、积分和微分作用的强弱。
控制系统的整定就是在控制系统的结构已经确定、控制仪表和控制对象等处在正常状态的情况下, 适当选择控制器的参数使控制仪表的特性和控制对象的特性相配合, 从而使控制系统的运行达到最佳状态, 取得最好的控制效果。
利用Simulink进行PID控制器的参数分析
利用Simulink搭建PID控制系统模型及分析——201706527曾庆松在参考了《过程控制系统》一书中PID调节原理相关章节的基础上，利用Matlab的Simulink仿真器搭建PID控制系统模型，并进行仿真，对PID控制器的三个参数Kp，Ki，Kd与控制性能（稳态误差，上升时间，峰值时间，调节时间，超调量等）之间的关系进行分析，其完整过程如下。
一、搭建模型搭建好的PID控制系统模型如图1所示,其中输入为阶跃响应，被控对象为二阶惯性环节。
其输出响应曲线如图2所示。
图 1 PID控制系统模型图2系统输出响应曲线二、参数对性能影响的分析1、Kp的影响。
图 3 调整Kp时输出响应曲线的变化从图中可以看出对于一个已经设计好的PID控制器，当Kp的值变小时系统的峰值时间、上升时间变长，超调量增加，甚至造成系统不稳定；而当Kp的值变大时则会造成系统震荡加剧。
2、Ki的影响。
图 4 调整Ki时输出响应曲线的变化从曲线的变化情况可以看出，当Ki的值变大时将导致系统产生减幅震荡，Ki过小时又会使系统的稳态误差增大。
3、Kd的影响。
图 5 调整Kd时输出响应曲线的变化从输出响应曲线的变化情况来看，当Kd的值减小时系统的超调量明显增加，调节时间、上升时间等参数也受到影响；当Kd的值增加时系统的调节时间大大增加，并且稳态误差较大，系统反应速度满且调节效果很差。
三、总结1、比例增益Kp的作用比例控制是一种最简单的控制方式。
其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。
增大Kp就等于加大系统的开环增益，结果导致系统剧烈震荡甚至不稳定。
2、积分时间Ki的作用在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系，所以主要用于消除静差，提高系统的无差度。
增大Ki将造成系统稳定性下降，直到出现发散的震荡过程。
3、微分时间Kd的作用在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。
所以微分控制可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调节时间，从而改善系统的动态性能。
利用Simulink进行PID控制器的参数分析
利用Simulink搭建PID控制系统模型及分析——201706527曾庆松在参考了《过程控制系统》一书中PID调节原理相关章节的基础上，利用Matlab的Simulink仿真器搭建PID控制系统模型，并进行仿真，对PID控制器的三个参数Kp，Ki，Kd与控制性能（稳态误差，上升时间，峰值时间，调节时间，超调量等）之间的关系进行分析，其完整过程如下。
一、搭建模型搭建好的PID控制系统模型如图1所示,其中输入为阶跃响应，被控对象为二阶惯性环节。
其输出响应曲线如图2所示。
图 1 PID控制系统模型图2系统输出响应曲线二、参数对性能影响的分析1、Kp的影响。
图 3 调整Kp时输出响应曲线的变化从图中可以看出对于一个已经设计好的PID控制器，当Kp的值变小时系统的峰值时间、上升时间变长，超调量增加，甚至造成系统不稳定；而当Kp的值变大时则会造成系统震荡加剧。
2、Ki的影响。
图 4 调整Ki时输出响应曲线的变化从曲线的变化情况可以看出，当Ki的值变大时将导致系统产生减幅震荡，Ki过小时又会使系统的稳态误差增大。
3、Kd的影响。
图 5 调整Kd时输出响应曲线的变化从输出响应曲线的变化情况来看，当Kd的值减小时系统的超调量明显增加，调节时间、上升时间等参数也受到影响；当Kd的值增加时系统的调节时间大大增加，并且稳态误差较大，系统反应速度满且调节效果很差。
三、总结1、比例增益Kp的作用比例控制是一种最简单的控制方式。
其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。
增大Kp就等于加大系统的开环增益，结果导致系统剧烈震荡甚至不稳定。
2、积分时间Ki的作用在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系，所以主要用于消除静差，提高系统的无差度。
增大Ki将造成系统稳定性下降，直到出现发散的震荡过程。
3、微分时间Kd的作用在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。
所以微分控制可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调节时间，从而改善系统的动态性能。
Matlab实验4 Simulink系统仿真
模块形状
表 7.2 常用的输入信号源模块表 功能说明 恒值常数，可设置数值 阶跃信号 线性增加或减小的信号 正弦波输出 信号发生器，可以产生正弦、方波、锯齿波和随 机波信号 从文件获取数据 从当前工作空间定义的矩阵读数据
仿真时钟，输出每个仿真步点的时间 输入模块
2. 接收模块库(Sinks) 接收模块是用来接收模块信号的，常用的接收模块如表 7.3 所示。
Matlab实验讲义
实验四 Simulink系统仿真
要求： 1、掌握Simulink常用输入、输出、运算模块。 2、掌握Simulink模型的建立及系统仿真方法。 实验类型：综合性 学时分配：3学时 Simulink 是面向框图的仿真软件。 7.1 演示一个 Simulink 的简单程序 【例 7.1】创建一个正弦信号的仿真模型。 步骤如下： (1) 在 MATLAB 的命令窗口运行 simulink 命令，或单击工具栏中的 图标，就可以打 开 Simulink 模块库浏览器(Simulink Library Browser) 窗口，如图 7.1 所示。
7.2.2 Simulink 的模型窗口
模型窗口由菜单、工具栏、模型浏览器窗口、模型框图窗口以及状态栏组成。
菜单 工具栏
模型浏览器
模型框图
状态栏
图7.5 双窗口模型窗口
1. 状态栏
3
Matlab实验讲义
2. 工具栏 模型窗口工具栏如图 7.6 所示。
创建并编译生成exe文件
展示父系统 打开调试器
开始仿真 结束仿真
4. 模块的删除 要删除模块，应选定待删除模块，按 Delete 键；或者用菜单“Edit”Æ“Clear”或“Cut”； 或者用工具栏的“Cut”按钮。
实验四：基于Simulink的控制系统仿真
实验四：基于Simulink 的控制系统仿真实验目的1． 掌握MATLAB 软件的Simulink 平台的基本操作； 2． 能够利用Simulink 平台研究PID 控制器对系统的影响；实验原理PID （比例-积分-微分）控制器是目前在实际工程中应用最为广泛的一种控制策略。
PID 算法简单实用，不要求受控对象的精确数学模型。
1．模拟PID 控制器典型的PID 控制结构如图1所示。
`图1 典型PID 控制结构 连续系统PID 控制器的表达式为()()()()tp I Dde t x t K e t K e d K dt ττ=++⎰ （1）式中，P K ,IK 和DK 分别为比例系数，积分系数和微分系数，分别是这些运算的加权系数。
对式（7-21）进行拉普拉斯变换，整理后得到连续PID 控制器的传递函数为1()(1)I C P D P D I K G s K K s K T s s T s =++=++ （2）显然P K ,IK 和DK 这3个参数一旦确定（注意/,/I P I D D PT K K T K K ==），PID 控制器的性能也就确定下来。
为了避免微分运算，通常采用近似的PID 控制器，气传递函数为1()(1)0.11D C P I D T s G s K T s T s =+++ （3）实验过程PID 控制器的P K ,I K 和D K 这3三个参数的大小决定了PID 控制器的比例，积分和微分控制作用的强弱。
下面请通过一个直流电动机调速系统，利用MA TLAB 软件中的Simulink 平台，使用期望特性法来确定这3个参数的过程。
并且分析这3个参数分别是如何影响控制系统性能的。
【问题】某直流电动机速度控制系统如图2所示，采用PID 控制方案，使用期望特性法来确定P K ,IK 和DK 这3三个参数。
期望系统对应的闭环特征根为：-300，-300，-30+j30和-30-j30。
请建立该系统的Simulink 模型，观察其单位阶跃响应曲线，并且分析这3个参数分别对控制性能的影响。
实验四simulink基本模块仿真
实验四SIMULINK基本模块仿真一、实验目的1、熟悉Simulink的工作环境，掌握模型的创建2、熟练掌握模块参数的设置和常用模块的使用3、掌握模型结构的参数化4、掌握创建子系统并封装二、实验设备及仪器计算机一台，Matlab软件三、实验步骤1、打开Simulink的工作环境在MA TLAB的命令窗口输入“simulink”或单击工具栏中的快捷图标，可以打开Simulink模块库浏览器窗口，如图4-1所示。
单击工具栏上的图标或选择菜单“File”-“New”-“Model”,新建一个名为“untitled”的空白模型窗口。
图4-1 Simulink模块库浏览器2、创建模型按图4-2建立模型，参数按表4-1设置。
建立好模型后，点击运行仿真，在MA TLAB中打开li7-4.mat即可查看运行结果。
图4-2 系统结构图表4-1 参数设置启动仿真后，在MA TLAB命令窗口中显示以下警告：Warning: Using a default value of 0.2 for maximum step size. The simulation stepsize will be equal to or less than this value. Y ou can disable this diagnostic bysetting 'Automatic solver parameter selection' diagnostic to 'none' in theDiagnostics page of the configuration parameters dialog.在模型窗口选择菜单“simulation”-“configuration parameters…”或直接按快捷键“ctrl+E”，则会打开参数设置对话框。
根据警告修改“Max step size”参数为0.2，再次运行仿真。
PID控制系统的Simulink仿真分析
实验报告课程名称：MATLAB语言与控制系统仿真实验项目：fID控制系统的Simulink仿真分析—专业班级：学号: 姓名:指导教师：日期:机械工程实验教学中心注：1、请实验学生及指导教师实验前做实验仪器设备使用登记； 2 、请各位学生大致按照以下提纲撰写实验报告，可续页；3 、请指导教师按五分制(优、良、中、及格、不及格)给出报告成绩; 4、课程结束后，请将该实验报告上交机械工程实验教学中心存档。
、实验目的和任务1 .掌握PID 控制规律及控制器实现。
2•掌握用Simulink 建立PID 控制器及构建系统模型与仿真方法。
、实验原理和方法种线性控制器，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K式中，K P 为比例系数；K i 为积分系数；K d 为微分系数；T i-为积分时间常数; K iKT d 」为微分时间常数；简单来说，PID 控制各校正环节的作用如下:K p(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T ，T i 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，减少调在模拟控制系统中，控制器中最常用的控制规律是PID 控制。
PID 控制器是 G(s)E(s) U(s)K p (11 T i ST d S) K pKi s节时间。
三、实验使用仪器设备（名称、型号、技术参数等）计算机、MATLA软件四、实验内容（步骤）1、在MATLAB^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Simulink Library Browser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：各模块如下：Math Operations 模块库中的Gain模块，它是增益。
控制仿真实验报告
实验名称：基于MATLAB/Simulink的PID控制器参数优化仿真实验日期：2023年11月10日实验人员：[姓名]实验指导教师：[指导教师姓名]一、实验目的1. 理解PID控制器的原理及其在控制系统中的应用。
2. 学习如何使用MATLAB/Simulink进行控制系统仿真。
3. 掌握PID控制器参数优化方法，提高控制系统的性能。
4. 分析不同参数设置对系统性能的影响。
二、实验原理PID控制器是一种广泛应用于控制领域的线性控制器，它通过将比例（P）、积分（I）和微分（D）三种控制作用相结合，实现对系统输出的调节。
PID控制器参数优化是提高控制系统性能的关键。
三、实验内容1. 建立控制系统模型。
2. 设置PID控制器参数。
3. 进行仿真实验，分析系统性能。
4. 优化PID控制器参数，提高系统性能。
四、实验步骤1. 建立控制系统模型使用MATLAB/Simulink建立被控对象的传递函数模型，例如：```G(s) = 1 / (s^2 + 2s + 5)```2. 设置PID控制器参数在Simulink中添加PID控制器模块，并设置初始参数，例如：```Kp = 1Ki = 0Kd = 0```3. 进行仿真实验设置仿真时间、初始条件等参数，运行仿真实验，观察系统输出曲线。
4. 分析系统性能分析系统在给定参数下的响应性能，包括超调量、调节时间、稳态误差等指标。
5. 优化PID控制器参数根据分析结果，调整PID控制器参数，优化系统性能。
可以使用以下方法：- 试凑法：根据经验调整参数，观察系统性能变化。
- Ziegler-Nichols方法：根据系统阶跃响应，确定参数初始值。
- 遗传算法：使用遗传算法优化PID控制器参数。
6. 重复步骤3-5，直至系统性能满足要求五、实验结果与分析1. 初始参数设置初始参数设置如下：```Kp = 1Ki = 0Kd = 0```仿真结果如图1所示：从图1可以看出，系统存在较大的超调量和较长的调节时间，稳态误差较大。
课程设计专家PID控制系统simulink仿真
课程设计题目：专家PID控制系统仿真专家PID控制系统仿真摘要简单介绍了常规PID控制的优缺点和专家控制的基本原理，介绍了专家PID控制的系统结构，针对传递函数数学模型设计控制器。
基于MATLAB的simulink仿真软件进行应用实现，仿真和应用实现结果均表明，专家PID控制具有比常规PID更好的控制效果，且具有实现简单和专家规则容易获取的优点。
论文主要研究专家PID控制器的设计及应用，完成了以下工作：（1）介绍了专家PID控制和一般PID控制的原理。
（2）针对任务书给出的受控对象传递函数G(s)=523500/(s3+87.35s2+10470s) ，并且运用MATLAB实现了对两种PID控制器的设计及simulink仿真，且对两种PID控制器进行了比较。
（3）结果分析，总结。
仿真结果表明，专家PID控制采用多分段控制，其控制精度更好，且具有优越的抗扰性能。
关键词：专家PID，专家系统，MATLAB，simulink仿真Expert PID control system simulationAbstractThe advantages and disadvantages of conventional PID control and the basic principle of expert control are briefly introduced, and the structure of expert PID control system is introduced. Simulink simulation software based on MATLAB is implemented. The simulation and application results show that the expert PID control has better control effect than the conventional PID, and has the advantages of simple and easy to get.This paper mainly studies the design and application of the expert PID controller:(1) the principle of PID control and PID control is introduced in this paper.(2) the controlled object transfer function G (s) =523500/ (s3+87.35s2+10470s), and the use of MATLAB to achieve the design and Simulink simulation of two kinds of PID controller, and the comparison of two kinds of PID controller.(3) result analysis, summary.The simulation results show that the control accuracy of the expert PID control is better than that of the control.Key words:Expert PID , MA TLAB, expert system, Simulink, simulation目录摘要 (I)Abstract ..................................................................................................................................... I II 第一章引言 . (2)1.1 研究目的和意义 (2)1.2国内外研究现状和发展趋势 (3)第二章PID控制器综述 (3)2.1常规PID控制器概述 (3)2.2专家PID控制器 (4)第三章专家PID控制在MATLAB上的实现 (5)3.1简介 (5)3.2设计专家PID 控制器的实现方法 (5)3.3.专家PID控制器的S函数的M文件实现 (7)3.4专家PID控制器的simulink设计 (8)3.5专家PID控制和传统PID比较 (13)第四章结论 (14)4.1专家PID控制系统的优缺点及解决方案 (14)4.2最终陈述 (14)第一章引言近十几年，国内外对智能控制的理论研究和应用研究十分活跃，智能控制技术发展迅速，如专家控制、自适应控制、模糊控制等，现已成为工业过程控制的重要组成部分。
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自动控制理论
上
机
实
验
报
告
学院：机电工程学院
班级：13级电信一班
姓名：
学号：
实验四 PID 控制系统的Simulink 仿真分析
一、实验目的和任务
1．掌握PID 控制规律及控制器实现。
2．掌握用Simulink 建立PID 控制器及构建系统模型与仿真方法。
二、实验原理和方法
在模拟控制系统中，控制器中最常用的控制规律是PID 控制。
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a s K s Ki K s T s T K s U s E s G d p d i
p ++=++==)11()()()( 式中，P K 为比例系数；i K 为积分系数；d K 为微分系数；i p i K K T =
为积分时间常数；p
d d K K T =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i T ，i T 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。
三、实验使用仪器设备
计算机、MATLAB 软件
四、实验内容(步骤）
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Simulink Library Browser 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：
各模块如下：
Math Operations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。
Continuous模块库中的Integrator模块，它是积分模块；Derivative模块，它是微分模块。
Math Operations模块库中的Add模块，它是加法模块，默认是两个输入相加，双击该模块，将‘List of Signs’框中的两个加号（++）后输入一个加号（+），这样就改为了三个加号，用来表示三个信号的叠加。
Ports & Subsystems模块库中的In1模块（输入端口模块）和Out1模块（输出端口模块）。
（2）将上述结构图封装成PID控制器。
①创建子系统。
选中上述结构图后再选择模型窗口菜单“Edit/Creat Subsystem”
②封装。
选中上述子系统模块，再选择模型窗口菜单“Edit/Mask Subsystem”
③根据需要，在封装编辑器对话框中进行一些封装设置，包括设置封装文本、对话框、图标等。
本次试验主要需进行以下几项设置：
Icon（图标）项：“Drawing commands”编辑框中输入“disp(‘PID’)”，如下
左图示：Parameters(参数)项：创建Kp,Ki,Kd三个参数，如下右图示：
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；Commonly Used Blocks模块库中的Mux模块；Continuous模块库中的Zero-Pole 模块。
Step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/Confiuration Parameters”，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。
Kp=8.5 Ki=5.3 改变Kd=5
Kp=8.5 改变Ki=7.3 Kd=3.4
改变Ki=9.5 Kd=5.3 Ki=3.4
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．实验总结
在本次实验中，不同于以往的自动控制实验，这次使用的simulink，将实验要求中的图形和参数绘制，在这上面花费的巨大的精力，通过修改参数，得出不同的实验结果。
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i T ，i T 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。