课程设计专家PID控制系统simulink仿真
基于PID的Simulink控制系统仿真PPT课件(MATLAB优秀课程、学习资料)
（2）采用MATLAB/Simulink中PID控制器进行模型控制，搭建相应的PID控 制仿真文件如图7-4所示。
PID控制器参数设置如图7-5所示。
PID控制参数为：k p 8 ki 0.10 kd 10
对其进行仿真输出图形如图7-6所示。 （3）考虑到PID控制器为比例、积分、微分控制器，在此搭建用户自己的PID控
运行画图程序输出图形如图712和图7-13所示。
（3）考虑被控对象为三阶传递函数：
Gs
s3
523.5 87.35s2 10.47s
采用Simulink模块与S函数的方法进行对象建模求解。
输入指令方程为一正弦函数 yd k sin2t
采用PID控制方法设计控制器，其中采用PID参数为 kp 1.5 ki 2.0 kd 0.05
variables: control u(t) and state x(3)
sizes.NumInputs = 2; % 4 input signals
sizes.DirFeedthrough = 1;% input reflected
directly in output
sizes.NumSampleTimes = 1;% single sampling
sys = [];
otherwise
%ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱerror handling
error(['Unhandled flag =
',num2str(flag)]);
end;
function [sys,x0,str,ts] =
mdlInitializeSizes
sizes = simsizes;
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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。
实验六-基于Simulink的位置式和增量式PID仿真
实验六基于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。
基于SIMULINK的PID控制器设计与仿真
基于SIMULINK的PID控制器设计与仿真基于SIMULINK的PID控制器设计与仿真1.引言MATLAB是一个适用于科学计算和工程用的数学软件系统，历经多年的发展，已是科学与工程领域应用最广的软件工具。
该软件具有以下特点：数值计算功能强大；编程环简单；数据可视化功能强；丰富的程序工具箱；可扩展性能强等。
Simulink是MATLAB下用于建立系统框图和仿真的环境。
Simulink环境仿真的优点是：框图搭建方便、仿真参数可以随时修改、可实现完全可视化编程。
比例-积分-微分（Proporitional-Integral-Derivative,PID）是在工业过程控制中最常见、应用最广泛的一种控制策略。
PID控制是目前工程上应用最广的一种控制方法，其结构简单，且不依赖被控对象模型，控制所需的信息量也很少，因而易于工程实现，同时也可获得较好的控制效果。
2.PID控制原理当我们不能将被控对象的结构和参数完全地掌握，或者是不能得到精确的数学模型时，在这种情况下最便捷的方法便是采用PID 控制技术。
为了使控制系统满足性能指标要求，PID 控制器一般地是依据设定值与实际值的误差，利用比例（P）、积分（I）、微分（D）等基本控制规律，或者是三者进行适当地配合形成相关的复合控制规律，例如，PD、PI、PID 等。
图2-1 是典型PID 控制系统结构图。
在PID 调节器作用下，对误差信号分别进行比例、积分、微分组合控制。
调节器的输出量作为被控对象的输入控制量。
图2-1典型PID 控制系统结构图PID 控制器主要是依据给定值r （t ）与实际输出值y （t ）构成控制偏差，用公式表示即e （t ）=r （t ）-y （t ），它本身属于一种线性控制器。
通过线性组合偏差的比例（P ）、积分（I ）、微分（D ），将三者构成控制量，进而控制受控对象。
控制规律如下：101()()[()()]p d i de t u t K e t e t dt T T dt =++⎰ 其传递函数为：()1()(1)()p d i U s G s K T S E s T s ==++ 式中：Kp--比例系数； Ti--积分时间常数； Td--微分时间常数。
基于simulink的PID控制器设计与仿真
控制系统数字仿真与CAD (基于SIMULINK的PID控制器设计与仿真)系别：电气与信息工程学院专业：自动化基于SIMULINK 的PID 控制器设计与仿真摘要: 本文提出了利用Matlab 软件里的Simulink 模块提供的编程环境可对各类PID 控制器进行设计和仿真,并给出了基于Simulink 模块实现PID 控制器的设计方法，同时建立了基于Simulink 的控制系统仿真图。
通过仿真实验,验证了该设计方法不仅方便快捷,而且使系统具有较好的控制精度和稳定性,可使系统的性能有所提高，而且开发周期短，控制效果好。
关键词：Simulink ；PID 控制器；设计与仿真PID controller design and simulation based on simulinkAbstract: This paper proposes the use of Matlab Simulink software module in the programming environment can provide various types of PID controller design and simulation, and gives Simulink module based PID controller design method, while establishing a control system based on Simulink simulation Figure. Simulation results validate the design method is not only convenient, but also make the system has good control accuracy and stability, system performance can be improved, and the development cycle is short, good control effect.Key words: Simulink ；PID controller ；Design and simulation1 引言：MATLAB 是一个适用于科学计算和工程用的数学软件系统，历经多年的发展，已是科学与工程领域应用最广的软件工具。
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下实现PID控制器控制效果地验证(过程计算机控制课程设计)
合用标准文案1.设计任务设被控对象的传达函数是建立 Simulink 模型：采用 Ziegler- Nichols经验公式对PID 参数进行整定，从而确定比率放大系数Kp ，积分时间常数Ti, 微分时间常数Td 。
最后，经过在 t=4000s时，外加一个幅值为15 的扰动信号来考据该控制系统的控制收效。
软件简介〔800字左右〕Simulink 是 MATLAB最重要的组件之一，它供应一个动向系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
在该环境中，无需大量书写程序，而只需要经过简单直观的鼠标操作，即可构造出复杂的系统。
Simulink拥有适应面广、构造和流程清楚及仿真精巧、贴近实质、效率高、灵便等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号办理的复杂仿真和设计。
同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
Simulink 是 MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动向系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号办理的建模和仿真中。
Simulink能够用连续采样时间、失散采样时间或两种混杂的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同样局部拥有不同样的采样速率。
为了创立动向系统模型，Simulink供应了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI)，这个创立过程只需单击和拖动鼠标操作就能达成，它供应了一种更快捷、直接了然的方式，而且用户能够马上看到系统的仿真结果。
Simulink是用于动向系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。
对各种时变系统，包括通讯、控制、信号办理、视频办理和图像办理系统，Simulink供应了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。
.构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也供应了用于设计、执行、考据和确认任务的相应工具。
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。
基于simulink的PID控制器设计与仿真
图3
简单仿真模型图
图 仿真结果图
3.4 设置仿真参数，进行仿真 点击 Simulink 模型窗 simulation 菜单下的 Parameters 命令， 弹出仿真参数对 话框，它共有 5 页，用得较多的主要是 Solver 页和 Workspace I/O 页，简介如下： Solver 页包括： Simulation time（仿真时间） ；Start time（仿真开始时间） ； Stop time（仿真终止时间） ；Solver options（仿真算法选择） ；Error Tolerance（误 差限度） ；Output options(输出选择项)。 Workspace I/O 页包括： Load from workspace； Save to workspace； Save options （存储选项） 。 4 基于 SIMULINK 的 PID 控制器设计 4.1 比例（P）控制：其传递函数为 GC(s)=KP 比例系统只改变系统的增益而不影响相位， 它对系统的影响主要反映在系统 的稳态误差和稳定上。增大比例系数，可提高系统的开环增益，减小系统的稳态 误差，从而提高系统的控制精度，但这会降低系统的相对稳定性，甚至可能造成 闭环系统的不稳定。在 Simulink 环境下建立 P 控制器模型如下：
表1 Ziegler-Nichols 整定法控制参数
控制器类型 P PI PID
比例度δ/﹪ T/(K*L) 0.9T/(K*L) 1.2T/(K*L)
积分时间 Ti ∞ L/0.3 2.2L
微分时间τ 0 0 0.5L
下面以 Ziegler-Nichols 整定法计算某一系统的 P、PI、PID 控制系统的控制参数。 假设系统的开环传递函数 Go(s)=8e-180s/（360S+1），我们来运用 Simulink 环 境绘制整定后系统的单位阶跃响应。 按照 S 形响应曲线的参数求法，大致可以得到系统的延时时间 L、放大系数 K 和 时间常数 T 如下： L=180，T=110-80=360，K=8 根据表 1，可知： P 控制整定时: 比例放大系数 KP =0.225，系统框图及 Simulink 仿真运 行单位阶跃响应曲线如下：
PID设计的Simulink动态仿真PPT教案
器。
PI控制的主要特点是可以提高系统型别，改善系统的稳 态性能，减小系统的阻尼程度。
第11页/共23页
Error Tolerance（误差限度）
Output options(输出选择项)
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下为示波器应用示例。 改变示波器scope参数设置parameters选项中的Number of ax es值为3，则Simulink仿真模型如左图所示，示波器输入为 3（Y轴个数为3）。右图为该示波器显示的三路输入信号 的波形.
第21页/共23页
恳请老师和各位同学的批评指正！
第22页/共23页
第8页/共23页
连续系统的Simulink仿真(以PID控制为例)
下面简单介绍下PID系统的各项基本结构
比例（P）控制：GC(s)=KP 比例系统只改变系统的增益而不影响相位，它对系统的影响主要反映在系统的 稳态误差和稳定上。增大比例系数，可提高系统的开环增益，减小系统的稳 态误差，从而提高系统的控制精度，但这会降低系统的相对稳定性，甚至可 能造成闭环系统的不稳定。
模型窗口用来建立系统的仿真模型。只有先创建一 个空白的模型窗口，才能将模块库的相应模块复制 到该窗口，通过必要的连接，建立起Simulink仿真 模型。也将这种窗口称为Simulink仿真模型窗口。
以下方法可用于打开一个空白模型窗口：
1. 在 MATLAB 主 界 面 中 选 择 【File:NewModel】 菜单项；
PD控制对系统影响的实例：
系统模拟框图
实验七SIMULINK仿真单回路控制系统及PID控制器参数整定
实验七 SIMULINK 仿真——单回路控制系统及PID 控制器参数整定一、实验目的及要求：1.熟悉SIMULINK 工作环境及特点；2.熟悉控制线性系统仿真常用基本模块的用法；3.掌握SIMULINK 的建模与仿真方法。
二、实验内容：用SIMULINK 建立被控对象的传递函数为11010)(23+++=s s s x G ，系统输入为单位阶跃，采用PID 控制器进行闭环调节。
①练习模块、连线的操作，并将仿真时间定为300 秒，其余用缺省值；②试用稳定边界法（过程控制P5工程整定法之一）设置出合适的PID 参数，得出满意的响应曲线。
③设计M 文件在一个窗口中绘制出系统输入和输出的曲线，并加图解。
三、实验报告要求：①阐述用SIMULINK 进行控制系统仿真的一般过程；②说明用工程整定法——稳定边界法整定PID 参数的过程。
M文件denz=[10];numz=[1 1 10 1];sysz=tf(denz,numz)%传递函数denk=[0 0.539];numk=[0 1];deni=[0 2];numi=[1 0];dend=[0.25 0];numd=[0 1];sysk=tf(denk,numk)%p调节器sysi=tf(deni,numi)%I调节器sysd=tf(dend,numd)%D调节器[denki,numki]=parallel(denk,numk,deni,numi);%P调节器与I调节器相并联[denpid,numpid]=parallel(dend,numd,denki,numki);%PI调节器与D调节器相并联组成PID调节器syspid=tf(denpid,numpid)[denkh,numkh]=series(denpid,numpid,denz,numz);%PID与传递函数串联组成开环控制系统syskh=tf(denkh,numkh)[denbh,numbh]=feedback(denkh,numkh,1,1,-1);%组成单位负反馈闭环系统sysbh=tf(denbh,numbh)t=0:0.1:300;%加入0到300的仿真时间，步进值为0.1subplot(2,1,1)plot(t,1,'b')%显示单位阶跃函数subplot(2,1,2)step(sysbh,t)%显示闭环系统对于单位阶跃函数的响应函数曲线。
实验四PID控制系统的Simulink
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as K s Ki K s T s T K s U s E s G d p d ip ++=++==)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。
Simulink中系统PID控制调节
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
动态调节Simulink系统响 应：
7.在补偿设计窗口选Compensator Editor页选项，可以手动调节PID系 数，完成后点击Update Simulink Block Parameters更新参数
8.在补偿设计窗口选Automated Tuning页选项，可以自动调节最优系 统PID系数，点击Optimize Compensators...开始自动调节
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
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
PID控制的Simulink仿真
5.3.2 临界比例度法
PID控制的Simulink仿真
临界比例度法整定举例
PID控制的Simulink仿真
5.3.3 衰减曲线法
按“先P后I最后D”的操作 程序，将求得的整定参数设 置在调节器上，再观察运行 曲线，若不太理想，还可作 适当调整。
衰减曲线法的注意事项： （1）对于反应较快的控制
PID控制的Simulink仿真
PI控制举例
PID控制的Simulink仿真
5.2.3 比例微分（PD）控制
PD控制作用举 比例积分微分（PID）控制
PID控制的主要特点为： （1）当阶跃输入作用时，P作用是始终起作用的基本分量；
I作用一开始不显著，随着时间逐渐增强；D作用与I作用 相反，在前期作用强些，随着时间逐渐减弱。 （2）PI控制器与被控对象串联连接时，可以使系统的型 别提高一级，而且还提供了两个负实部的零点。 （3）与PI控制器相比，PID控制器除了同样具有提高系统 稳态性能的优点外，还多提供了一个负实部零点，因此在 提高系统动态性能方面具有更大的优越性。 （4）PID控制通过积分作用消除误差，而微分控制可缩小 超越量，加快反应，是综合了PI控制与PD控制长处并去除 其短处的控制。 （5）从频域角度来看，PID控制是通过积分作用于系统的 低频段，以提高系统的稳态性能，而微分作用于系统的中 频段，以改善系统的PID动控制态的性Simu能link。仿真
（3）增大微分时间有利于加快系统的响应速度， 使系统超调量减小，稳定性增加，但系统对扰 动的抑制能力减弱。
PID控制的Simulink仿真
5.4 本章小结
PID控制是最经典、应用最广的控制方法，是 单回路控制系统的主要控制方法，可以说PID 控制是其他控制思想的基础。
Simulink 下实现PID 控制器控制效果地验证(过程计算机控制课程设计)
1.设计任务设被控对象的传递函数是建立Simulink模型：采用Ziegler- Nichols经验公式对PID参数进行整定，从而确定比例放大系数Kp，积分时间常数Ti,微分时间常数Td。
最后，通过在t=4000s时，外加一个幅值为15的扰动信号来验证该控制系统的控制效果。
2.MATLAB/SIMULINK软件简介（800字左右）Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。
Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。
同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。
Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。
为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。
Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。
对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。
. 构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。
在Simulink下实现PID控制器的设计与仿真
基于MATLAB_Simulink的机电一体化系统的仿真分析
一、实验目的 二、实验内容 三、实验报告 四、实验过程
五、实验操作
《机电一体化系统设计》课程实验
一、实验目的和要求
目的：
机电一体化系统建模是进行机电一体化系统分析与设计的基础，通过对系 统的简化分析建立描述系统的数学模型，进而研究系统的稳态特性和动态 特性，为机电一体化系统的物理实现和后续的系统调试工作提供数据支持， 而仿真研究是进行系统分析和设计的有利方法。 本实验目的在于通过实验使同学对机电一体化系统建模方法和仿真方法有初步 的了解，初步掌握在MATLAB/ SIMULINK环境下对机电一体化系统数学模 型进行仿真的方法。 （1）掌握机电一体化系统数学建模的基本方法； （2）掌握对机电一体化系统进行数学仿真的基本方法和步骤； （3）在初步掌握在MATLAB/ SIMULINK环境下对机电一体化系统数学模 型进行仿真的方法。
《机电一体化系统设计》课程实验
二、实验内容
2 PID控制系统的设计 Ziegler- Nichols法是一种基于频域设计 PID 控制器的方法。此法首先通过 实验获取控制对象单位阶跃响应，获得K、L 和 T 参数。令a=KL/T,我们可以通 过下表给出的Ziegler- Nichols经验公式确定P、PI 和 PID 控制器的参数。
《机电一体化系统设计》课程实验
二、实验内容
3 PID 控制系统MATLAB/Simulink仿真分析 3.1 在MATLAB 下实现PID 控制器的设计与仿真 elseif length(vars)==3, K=vars(1); Tc=vars(2); N=vars(3); if key==1, Kp=0.5*K; elseif key==2, Kp=0.4*K; Ti=0.8*Tc; elseif key==3 | key==4, Kp=0.6*K; Ti=0.5*Tc; Td=0.12*Tc; end elseif length(vars)==5, K=vars(1); Tc=vars(2); rb=vars(3); N=vars(5);pb=pi*vars(4)/180; Kp=K*rb*cos(pb); if key==2, Ti=-Tc/(2*pi*tan(pb)); elseif key==3|key==4, Ti=Tc*(1+sin(pb))/(pi*cos(pb)); Td=Ti/4; end end
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内蒙古科技大学课程设计题目：专家PID控制系统仿真学生姓名：学号：专业：自动化班级：指导教师：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 (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。
智能控制与常规PID控制相结合，形成所谓智能PID控制，这种新型的控制方式已引起人们的普遍关注和极大兴趣，并已得到较为广泛的应用。
PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单，鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制。
在PID控制中，一个至关重要的问题是PID参数(比例系数、积分时间、微分时间)的整定。
参数整定的优劣不仅会影响到控制质量，而目还会影响到控制系统的稳定性和鲁棒性。
实际工业生产过程往往具有非线性、时变等不确定性干扰，常规PID控制器经常出现参数整定不良、控制性能欠佳，且对运行工况的适应性较差等情况。
针对以上问题，长期以来，人们一直在寻求PID控制器的自动整定技术，以适应复杂的工况和高指标的控制要求。
专家智能自整定PID控制器是将专家控制与常规PID控制相结合而具有的自整定、自学习等功能，可以用来描述复杂系统的特性，并通过学习和自组织得到相应的控制策略。
论文以Matlab为基础，研究了两种控制算法：一般的PID和专家PID算法，通过对比研究，分别指出了两种控制器的特点及存在问题。
1.1 研究目的和意义目前，智能控制已广泛地应用于自然科学和社会科学的各个领域，如:复杂的工业过程控制、机器人与机械手的控制、航天航空控制、交通运输控制等，尤其当被控对象模型包含有不确定性、时变、非线性、时滞、藕合等难以控制因素、采用其它控制理论难以设计出合适并符合要求的系统时，都有可能应用智能控制理论获得满意的解决。
专家控制是智能控制的一个分支，是先进控制的一种。
其实质是利用专家经验来设计控制器，使控制器具有智能。
本文的目的是用两种PID算法来实现PID控制在快速系统中的仿真及应用。
1.2国内外研究现状和发展趋势目前，专家PID广泛应用于自动化仪表、工业控制、动力装置控制等各个领域。
并且随着控制理论和计算机软硬件技术的不断发展和传感器集成化程度的提高，专家智能PID控制必将是极有发展前途的研究和应用方向。
近年来，人们普遍认为:基于知识和经验的专家系统、基于模糊逻辑推理于计算的模糊控制、基于人工神经网络的神经网络控制及以上方法的交叉与融合，将是今后的研究热点。
第二章PID控制器综述2.1常规PID控制器概述在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 控制，又称PID调节。
PID控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。
PID 控制，实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
2.2专家PID控制器概括的讲，智能控制就是拟人智能的控制，也就是说，所设计的控制系统不仅能自动地处理数据、信息，而且能处理知识，具有推理、判断、决策等能力，是人工智能、计算机技术与控制理论相结合的控制。
专家控制系统是智能控制的主要内容之一，建立在控制理论和人工智能技术基础之上，为工业自动化控制的系统设计提供了新的方法。
与一般的经典控制系统相比，专家控制系统的基本特性，是基于知识的结构和处理不确定性问题的能力。
尽管己有许多方法来提高经典控制系统处理不确定性问题的能力，如鲁棒控制、自适应控制等，但是它们仍然难以应用到工业过程中.这是因为传统先进控制系统采用的是纯粹的分析结构、线性和时不变约束等，而且难以被用户理解。
通过引入专家系统技术，使系统具有灵活性、可靠性和处理不确定信息的能力:可以进行预测、诊断错误、给出补救方案，并且监视其执行，以保证控制性能。
专家PID控制是在常规PID控制的基础上，根据专家及操作人员的实际经验，针对具有大滞后、时变、非线性系统而提出的控制方法。
其主要特点是分区进行不同算法的调节，它既有Bang-Bang控制（最优控制）的快速性，又有迟滞控制的稳定性和抗干扰能力。
专家整定PID控制器，把人的判断技巧与推理能力参与到控制系统设计中去。
在专家整定PID控制系统中，PID参数的整定工作由专家系统实现，控制信号仍然由PID控制器给出，专家系统只是间接地影响控制过程。
总之，专家PID控制的思想就是以误差e和误差变化率e·为约束，对不同阶段的PID参数进行智能整定，以适应对动态性能和稳态精度都较高的控制系统。
第三章专家PID控制在MATLAB上的实现3.1简介专家控制(Expert Control)的实质是基于受控对象和控制规律的各种知识，并以智能的方式利用这些知识来设计控制器。
利用专家经验来设计PID参数便构成专家PID控制。
任何一个控制系统都是由被控对象和控制器两大部分构成。
无论是经典控制理论还是现代控制理论，它们主要研究的目标就是被控对象的动态行为。
而控制器的设计通常是在被控对象数字模型已知的情况下进行的。
但是在多数情况下，建立被控对象的数字模型并不是一件容易的事情，尤其是当对象具有非线性，时变性和分布参数等特性时，数字模型的建立就更加困难。
PID控制算法由于其结构简单、物理意义明确、鲁棒性强等显著的优点，使它在工业控制中处于主导地位，尤其适用于可以建立精确数学模型的确定性控制系统。
然而实际工业生产过程往往具有非线性、时变不确定性等特点，难以建立精确的数学模型，应用常规PID控制器不能达到理想的控制效果；在实际生产现场中，由于受到参数整定方法繁杂的困扰，常规PID控制器参数往往整定不良、性能欠佳，对运行工作情况的适应性很差。
因此，常规PID控制的应用受到限制和挑战。
因此，人们对PID控制做了各种改进工作。
3.2设计专家PID 控制器的实现方法令e(k)表示离散化的当前采样时刻的误差值，e(k-1)、e(k-2)分别表示前一个和前两个采样时刻的误差值，则有：Δe(k)=e(k)-e(k-1)；(3-1) Δe(k-1)=e(k-1)-e(k-2)(3-2) 专家PID控制器主要由专家判断组成，根据误差e(k)及其变化Δe(k)，可设计专家PID控制器，该控制器可分为以下5种情况进行设计：(1)当|e(k)|>M1时，说明误差已经很大，控制器输出应按照最大(小)输出，以迅速调整误差，使误差绝对值以最大速度减小。