北京工业大学自动控制原理实验八 基于MATLAB的PID控制研究
基于MATLAB的PID控制器设计资料
基于MATLAB的PID控制器设计资料PID控制器是一种经典控制器，可用于控制各种线性和非线性系统。
本文将介绍基于MATLAB的PID控制器的设计资料。
首先，我们需要了解PID控制器的工作原理。
PID控制器由三个主要组成部分组成：比例（P）项、积分（I）项和微分（D）项。
比例项根据目标值和实际输出之间的误差进行控制；积分项对误差进行积分，以消除累积的误差；微分项根据误差的变化率来调整控制输出。
在MATLAB中，我们可以使用pid函数来设计PID控制器。
pid函数的基本用法如下：```matlabKp=1;%比例增益Ki=1;%积分增益Kd=1;%微分增益controller = pid(Kp, Ki, Kd); % 创建PID控制器对象```要使用PID控制器，我们需要知道系统的传递函数或状态空间模型。
传递函数模型可以通过tf函数表示，状态空间模型可以通过ss函数表示。
```matlabs = tf('s');H=1/(s^2+2*s+1);%创建传递函数模型```接下来，我们可以使用feedback函数将PID控制器与系统模型相连，并进行闭环控制。
```matlabsys = feedback(controller*H, 1); % 创建闭环系统模型```通过对PID控制器参数的调整，我们可以实现系统的稳定性、快速响应和抗干扰性。
使用MATLAB的pidTuner工具箱可以帮助我们自动调整PID控制器的参数。
另外，MATLAB还提供了一些其他用于控制系统设计和分析的函数，例如step函数用于绘制系统的阶跃响应曲线，bode函数用于绘制系统的频率响应曲线。
```matlabstep(sys); % 绘制系统的阶跃响应曲线bode(sys); % 绘制系统的频率响应曲线```以上是基于MATLAB的PID控制器设计的一些基本资料。
在实际应用中，还有很多高级技术和方法可以用于更精确地设计和调整PID控制器。
北工大自控matlab实验报告
自动控制原理实验报告一、试验设计构造一个二阶闭环系统，使得该系统的%30≥p M对于任意二阶系统，其闭环传递函数为2222)(G nn nc s s s ωξωω++=，其中ξ为二阶系统的阻尼比，n ω为二阶系统的无阻尼振荡频率，该系统的超调量为πξξ21--=e M p 。
若要%30≥p M ，则0.36≤ξ。
取0.3=ξ，又n ω任意，所以取20=n ω，则要求设计的闭环传递函数为40012400)(2++=s s s G c 。
二、实验内容及步骤1.以MATLAB 命令行的方式，进行系统仿真，确定系统时域性能指标 num=[400]; den=[1 12 400]; step(num,den)由图可知，该系统的超调量为%30%37>=p M ，满足要求，上升时间为0985.0=r t ，峰值时间为164.0=p t ，调节时间为0.472=s t 。
2.通过改变系统的开环放大倍数K （分增大和减小两种情况）和系统的阻尼比系数（分增大和减小两种情况），进行系统仿真分析，确定新的性能指标，并与原构造系统的进行比较，根据响应曲线分析并说明出现的现象 （1）增大开环放大倍数num=[500]; den=[1 12 500]; step(num,den)由图可知，该系统的超调量为%30%42>=p M ，上升时间为0858.0=r t ，峰值时间146.0=p t ，调节时间0.48=s t 。
（2）减小开环放大倍数 num=[300]; den=[1 12 300]; step(num,den)由图可知，该系统的超调量为%30%31>=p M ，上升时间为119.0=r t ，峰值时间为0.1921=p t ，调节时间为0.455=s t 。
（3）增大阻尼比 num=[400];den=[1 12.4 400]; step(num,den)由图可知，该系统的超调量为%30%36>=p M ，上升时间为0995.0=r t ，峰值时间为0.163=p t ，调节时间为0.486=s t 。
基于matlab仿真的PID控制研究
基于matlab仿真的PID控制研究目录摘要.....................................................ⅡAbstract.................................................Ⅲ一、设计任务 (1)二、设计要求 (2)三、方案论证 (3)四、基于MATLAB下的系统模型搭建与仿真 (4)五、收获与总结 (15)参考文献 (17)附录 (18)摘要PID控制，又称PID调节，是比例（proportional）、积分（intergral）、微分（differential）调节的简称。
PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、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。
在自动控制的发展历程中，PID调节是历史悠久、控制性能最强的基本调解方式。
PID调节原理简单，易于整定，使用方便；按PID调节功能工作的各类调节器广泛应用于国民经济所有工业生产部门，适用性特强；PID的调节性能指标对于受控对象特性的少许变化不是很灵敏，这就极大的保证了调节的有效性；PID调节可用于补偿系统使之达到大多数品质指标的要求。
直到目前为止，PID调节仍然是最广泛应用的基本控制方式。
关键词：PID调节AbstractPID control, also known as PID regulation is proportional (proportional), points (intergral), differential (differential) adjusted for short. PID controllers come out has been nearly 70 years of history, with its simple structure, good stability, reliable, easy to adjust and become one of the major technology industry control. In the development of the automatic control, PID regulation is a long history, the strongest performance of the basic control mediation. PID regulator principle is simple, easy tuning, easy to use; the work of the PID regulation function is widely used in various types of regulators in all industrial production sectors of the national economy, particularly strong applicability; PID regulation controlled object performance characteristics for a little change is not very sensitive, which greatly ensure the effectiveness of the regulation; PID regulator can be used to compensate the system so as to meet the requirements of most quality indicators. Until now, PID regulation is still the basic control the most widely used.Keyword：PID regulator一、设计任务PID 控制器具有结构简单、容易实现、控制效果好、鲁棒性强等特点，是迄今为止最稳定的控制方法。
基于MATLAB的PID控制器设计
基于MATLAB的PID控制器设计PID控制器是一种常见的反馈控制器，广泛应用于工业控制系统中。
它通过测量被控变量与目标值之间的差异，根据比例、积分和微分三个参数对控制输入进行调整，以实现对系统的稳定性、精度和响应速度的控制。
MATLAB是一个功能强大的数学计算软件，提供了丰富的工具和功能，可以方便地进行PID控制器设计。
下面将介绍基于MATLAB的PID控制器设计步骤和方法。
1.确定被控对象：首先需要确定需要控制的对象，即被控变量。
可以是温度、速度、位置等物理变量。
2.建立数学模型：在进行PID控制器设计之前，需要建立被控对象的数学模型。
可以使用系统辨识方法或根据物理原理进行建模。
3.设计PID控制器：PID控制器由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个参数组成。
这些参数的合理选择对于控制器性能的好坏至关重要。
a.比例参数P：控制器输出的比例与误差的关系决定了控制器的灵敏度。
通过调整P参数的大小可以实现控制系统的稳定性和响应速度之间的折衷。
b.积分参数I：控制器积分误差的能力可以用来补偿系统误差和消除静态误差。
但是过大的积分参数可能导致系统震荡。
c.微分参数D：微分参数用来预测系统的变化趋势，通过减小过度调整和减少超调现象。
PID控制器的输出可以表示为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t)为控制器的输出信号，e(t)为目标值与被控变量之间的差异，Kp、Ki、Kd为比例、积分和微分参数。
4. 参数调整：PID控制器的性能取决于参数的选择和调整。
在MATLAB中，可以使用PID Tuner工具进行参数调整。
该工具可以自动化地对PID参数进行优化，以达到系统的最佳稳定性和性能。
5.控制器实现：设计好PID控制器后，需要将其应用于实际控制系统中。
在MATLAB中，可以使用控制系统工具箱提供的函数和命令来实现控制器的设计和实现。
总结而言，基于MATLAB的PID控制器设计可以通过确定被控对象、建立数学模型、设计PID控制器、参数调整和控制器实现等步骤来完成。
基于MATLAB的模糊PID控制器的设计与研究
基于MATLAB的模糊PID控制器的设计与研究自调整PID控制器可以很好的改善传统PID的控制效果，文章在MATLAB 仿真环境下进行了模糊自调整PID控制器的设计和研究，仿真结果表明模糊PID 控制器可以改进普通PID的控制效果，同时保证原PID控制的稳定性和可靠性。
标签：模糊控制；PID；MATLAB1 引言传统的PID控制因为其结构原理简单、易于实现且效果稳定，被广泛的应用于大部分的工业控制过程。
尽管近几十年来出现了许多先进的控制算法和智能控制策略，但典型的PID控制和各种改进型PID控制仍是过程控制的最实用的控制策略[1]。
但是近年来工业过程控制的复杂度越来越高，相应的对控制效果和效率的要求也随之提高。
传统PID调节的参数在整定后便投入过程控制中不再改变，缺乏灵活性和快速性，而参数可调节的各种自适应PID在一定程度上可以提高其适应性，同时保持原有的稳定性和可靠性，从而改进控制系统的控制效果。
模糊PID控制器是通过模糊推理进行PID参数的在线实时调整，模糊推理的规则来源于PID调节过程的各个阶段对参数的不同需要，根据PID控制器的输入量的情况去实时修正PID控制器的参数，以达到对传统PID控制的优化和改进。
2 模糊PID控制器的结构设计PID控制器的三个基本参数KP、KI和KD，通常先根据操作经验和计算仿真确定初始值，再根据实际的控制对象进行修改，最后投入实际运行过程进行细微的调节，以得到相对理想的最终控制效果。
因此传统PID控制最困难的部分就是基本参数的确定，需要丰富的调试经验才能找到相对合适的参数值，通常为了保证系统的稳定性必须在一定程度上降低控制的灵活性和反应速度。
模糊PID 作为参数自调整PID的一种方法，是通过将PID调节过程中的专家经验转变为模糊规则，通过模糊推理来修正调整其参数，在保证经典PID稳定性的前提下，适当提高控制的灵活度。
模糊控制是智能控制的一个重要分支，将人的自然语言所包含的知识转化为模糊函数，再通过计算机系统进行识别处理。
基于matlab的pid控制器设计
基于Matlab的PID控制器设计引言PID控制器是一种常用的闭环控制器，可以通过调整控制系统的输出，使其迅速、准确地响应给定的参考输入。
在Matlab中，我们可以利用其强大的控制系统工具箱来设计和实现PID控制器。
本文将详细介绍基于Matlab的PID控制器设计的步骤和方法，并结合示例演示其应用。
PID控制器概述什么是PID控制器PID控制器是一种比例-积分-微分控制器，可以通过对误差信号的比例、积分和微分操作来调整控制系统的输出。
其中，比例项负责反馈控制误差，积分项用于消除静态误差，微分项则用于抑制振荡和提高系统的响应速度。
PID控制器的基本原理PID控制器的输出由以下三个部分组成： - 比例项：比例项与控制误差成正比，生成一个与误差成比例的控制信号。
- 积分项：积分项计算误差的积分累加值，用于消除控制系统的静态误差。
- 微分项：微分项计算误差的导数，用于抑制振荡和提高系统的响应速度。
PID控制器的输出计算公式如下：u(t) = K_p \cdot e(t) + K_i \cdot \int e(t) \, dt + K_d \cdot \frac{de(t)}{dt}其中，u(t)为控制器的输出，K_p、K_i、K_d分别为比例、积分和微分增益，e(t)为控制误差。
基于Matlab的PID控制器设计步骤1. 系统建模在设计PID控制器之前，我们首先需要对控制系统进行建模。
使用Matlab的控制系统工具箱，可以通过输入系统的传递函数或状态空间模型来进行建模。
示例：建模一个二阶惯性系统我们以一个简单的二阶惯性系统为例，其传递函数为：G(s) = \frac{1}{s^2 + 2s + 1}在Matlab中，我们可以使用tf函数来定义系统的传递函数模型：s = tf('s');G = 1/(s^2 + 2*s + 1);2. 设计PID控制器设计PID控制器的关键是选择合适的增益参数。
MATLAB的PID控制算法的研究报告
学校代码：10904学士学位论文鸡蛋破损检测系统姓名：诣学号： 2指导教师：业伟学院：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化完成日期：2021 年4月26日学士学位论文基于MATLAB的PID控制算法的研究姓名：学号：指导教师：学院：专业：完成日期：. - -摘要PID控制是一种便捷、稳定、直观的控制方式，它因为原理简单、控制效果好、应用对象广、并且易于实现而被广泛地应用于工程控制以及工业实践当中，也是迄今为止应用最为理想的一种控制方式。
当被控对象的构造和参数不能完全掌握，或得不到准确的数学模型时，控制理论的其他技术难以采用时，系统控制器的构造和参数必须依靠经历和现场调试来确定，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。
本文在详尽阐述PID控制的根本原理和开展现状的根底上，对PID控制算法进展了深入的分析和研究，对几种PID控制算法的优缺点进展了比拟，改良了传统的PID控制算法，进展了PID控制参数整定，通过MATLAB/Simulink仿真直观的显示控制效果，进一步比拟分析，针对具体对象选择更加适宜的控制算法，为PID控制在实际工程中的广泛应用提供了行之有效的计算方法，大大节约了物资人力，提高了系统的工作效率。
关键词：PID；控制算法；MATLAB/Simulink；仿真；参数整定ABSTRACTThe control of PID is a kind of convenient, stable and intuitive control mode, it is because of simple principle, good control effect, wide application object, and is easy to implement and widely used in engineering control and industrial practice, It is the most ideal one way to control by far. When the structure and parameters of the controlled object is not be fully grasped, or not be a precise mathematical model, the control theory of other technology is difficult to use, the structure and parameters of system controller must depend on experience and on-site missioning to determine, then the application of PID control technology is the most convenient. When we don't fully understand a system and the controlled object, or cannot obtain system parameters through effective measures, It is most suitable for PID control technology.Detailed in this paper, the PID control is presented on the basis of the basic principle and development present situation, the PID control algorithm is carried on the thorough analysis and research, pares the advantages and disadvantages of several kinds of PID control algorithm, and improved the traditional PID control algorithm, through the MATLAB/Simulink intuitive display control effect, and further parative analysis, in view of the concrete object to choose more appropriate control algorithm, for PID control is widely used in practical engineering provides a effective calculation method, greatly saves materials for human, improve the work efficiency of the system.Key words: PID; Control algorithm; MATLAB/Simulink; The simulation;Parameter setting目录第1章绪论 (1)1.1 PID控制研究的开展和现状 (1)1.2设计目的和意义 (2)1.3设计的主要任务 (3)第2章PID控制算法32.1 PID控制原理 (3)2.2数字PID控制算法 (5)2.2.1 PID控制离散化52.2.2位置式PID控制算法 (6)2.2.3增量式PID控制算法 (7)2.2.4 位置式与增量式PID控制算法优缺点比拟 (8)2.3 改良型PID控制算法 (8)2.3.1积分项的改良 (8)2.3.2微分项的改良 (9)第3章PID参数整定及仿真 (12)3.1 PID参数整定的定义 (12)3.2 PID参数整定方法 (12)3.3 PID参数对控制系统的影响 (15)总结与展望 (23)致 (24)参考文献 (25)第1章绪论1.1 PID控制研究的开展和现状PID控制器起源并开展于二十世纪初，经过50多年的努力取得了颇为丰硕的成果。
基于matlab的pid控制器设计
基于matlab的pid控制器设计一、PID控制器的介绍PID控制器是工业控制领域中常用的控制器之一，也是最常见、最基础的控制器之一。
PID全称为Proportional-Integral-Differential，即比例-积分-微分控制器。
该控制器通过对目标系统的输入量进行比例、积分、微分处理，从而提高目标系统的稳定性和响应速度。
二、控制器设计的前提在进行PID控制器的设计之前，需要对被控对象的数学模型有一定的了解，包括传递函数和状态方程等。
同时，在PID控制器的设计过程中要有清晰的控制目标，比如控制系统的稳态误差、系统的响应速度等等。
三、基于MATLAB的PID控制器设计MATLAB是一个功能强大的数学计算软件，也是工程控制领域中常用的分析工具。
在MATLAB中，我们可以利用内置的PID工具箱来进行PID控制器的设计。
1. 设计PID控制器实际上，在MATLAB中设计PID控制器只需一行代码即可完成：>> C = pid(kp, ki, kd);其中，kp、ki、kd分别代表比例系数、积分系数和微分系数。
我们可以根据PID控制的要求来调整这些参数以获得最好的性能。
2. 仿真PID控制器在设计了PID控制器之后，我们需要将其嵌入到目标系统中进行仿真。
首先，我们要对被控对象进行建模，可以采用MATLAB提供的SIMULINK工具。
接着，将PID控制器与被控对象进行连接，并进行仿真。
>> sim('pid_controller');最后，我们可以通过结果分析工具来评估PID控制器在目标系统上的表现情况，从而进行参数调整和优化。
四、参考文献1. Skogestad, S. (2003). PID control: developments and directions. IEEE Control Systems Magazine, 23(2), 57-67.2. Astrom, K. J., & Hagglund, T. (1995). PID controllers: theory, design,and tuning. Instrument Society of America.3. Ljung, L. (1999). System identification: Theory for the user. Prentice-Hall.。
北京工业大学自动控制原理实验八--基于MATLAB的PID控制研究
实验八 基于MATLAB 的PID 控制研究一、 实验目的：1 理解PID 的基本原理2 研究PID 控制器的参数对于系统性能的影响二、 实验设备1 pc 机一台（含有软件“matlab ”） 三、 实验内容1 利用matlab 软件，针对控制对象设计单闭环PID 控制系统2 通过调节PID 控制器的参数，研究PID 控制参数对系统性能的影响四、 实验原理 1 PID 的原理单闭环PID 的控制系统的作用框图如下：比例(P)控制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。
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。
比例控制作用及时，能迅速反应误差，从而减小稳态误差。
但是，比例控制不能消除稳态误差。
其调节器用在控制系统中，会使系统出现余差。
为了减少余差，可适当增大P K ，P K 愈大，余差就愈小；但P K 增大会引起系统的不稳定，使系统的稳定性变差，容易产生振荡。
积分(I)控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。
输入—积分控制的作用是消除稳态误差。
只要系统有误差存在，积分控制器就不断地积累，输出控制量，以消除误差。
积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。
这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。
因而，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误差，使系统误差为零，从而消除稳态误差。
积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡。
微分(D)控制在微分控制中，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。
自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。
其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。
解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。
基于matlab的模糊PID控制仿真实验报告
自适应模糊PID控制仿真报告
1。
自适应模糊控制的规则
49条专家控制规则：
2。
系统仿真框图
包括模糊控制器，PID控制器两部分组成。
3.模糊控制器设计
确定为双输入,三输出结构
确定每个变量的论域，其中每个变量都有一个模糊子集来表示。
这个模糊子集中有7个语言变量,分别是：NB，NM，NS,ZO,PS,PM,PB
在编辑界面中，确定好每一个语言变量的范围,以及隶属函数的类型。
如下图所示：
输入模糊控制规则：
仿真结果
PID控制器Kp参数在控制过程中的变化曲线：
Ki参数：
Kd参数：
系统闭环控制阶跃响应曲线：
传统PID控制响应曲线：(ZN整定法）
对比可以发现，自适应模糊PID控制不仅使曲线超调量小，响应过程平稳，而且动态响应时间也较短.性能优于传统PID控制器。
对比如下：(PID采用cohen-coon整定法）红色为常规PID控制器，黄色为模糊PID控制器
采用ZN法整定后对比：
而且在仿真中发现一个问题：ZN法整定存在不稳定问题，但模糊控制则非常平稳
加干扰的控制对比系统框图
对比效果:
对应的模糊PID参数变化情况: P
PI
PD。
基于MATLAB的数字PID控制器设计及仿真分析.
基于MATLAB的数字PID控制器设计及仿真分析摘要PID控制作为历史最为悠久，生命力最强的控制方式一直在生产过程自动化控制中发挥着巨大的作用。
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，被广泛用于过程控制和运动控制中。
数字PID控制算法是将模拟PID离散化而得到的，各参数有着明显的物理意义，而且调整方便，所以PID控制器很受工程技术人员的喜爱。
本论文主要实现基于MATLAB的数字PID控制器设计及仿真。
首先介绍了传统的模拟PID控制方法，包括比例控制方法、比例积分控制方法、比例积分微分控制方法等。
接下来，介绍了数字PID控制。
随着时代的发展，科技的进步，传统的模拟PID控制方法不能满足人们的需求，数字PID控制的改进算法也便随之而来。
本文最后，应用MATLAB软件，在实验的环境下实现了其设计及仿真。
本次毕业设计用来完成数字PID控制器的设计，并通过MATLAB实现其仿真同时加以分析。
通过查阅文献得知，与传统模拟PID控制器相比较，该控制器具有良好的灵活性，而且可得到精确的数学模型。
另外，基于MATLAB的数字PID 控制器设计及仿真，充分的利用了MATLAB的实验环境，整个设计验证了数字PID的广泛可实现性及准确性。
关键词：PID控制；模拟PID控制器；数字PID控制器；MATLAB仿真；Design and simulation analysis of Digital PID ControllerMATLAB-basedAbstractAs the most age-old and powerful control mode, PID control always has had a great effect on the automatic control of the production process. PID control is one of the first developed control strategy, because of thesimple algorithm，great robust and high reliability, it is widely used in process control and motor control. Digital PID control algorithm is gotten by discreting the analog PID control, and the parameters have obvious physical meaning and facility adjustment, so PID controller is popular with engineering and technical personnel.In the paper, the main idea is to accomplish MATLAB-based digital PID controller design and simulation analysis. In the first place, the traditional analog PID control methods is introduced, including proportional control methods, proportional integral control and proportional integral differential control. In the second place, the digital PID control methods are offered. With the development of the times, the advancement of technology, traditional analog PID control method cannot make a satisfaction, then digital PID control is followed. At last，the application of MATLAB software to achieve their design and simulation is easy to accomplish.The graduation project is to complete the digital PID controller design and simulation through MATLAB simulation and analysis. It is known that through the literature, compare with traditional PID controller, the controller has good flexibility and precision of the mathematical models available. In addition, in the number of MATLAB-based PID controller design and simulation, the MATLAB experiment environment is used comprehensively. The entire design is confirmed the wide range and accuracy of digital PID controller.Key words：PID control；analog PID controller；digital PID controller；MATLAB simulatio目录摘要 (I)ABSTRACT (I)第1章绪论 (1)1.1课题目的及意义 (1)1.2数字PID控制器的研究现状 (2)第2章 PID控制器 (3)2.1传统PID控制器概述 (3)2.2PID控制器的基本原理 (4)2.2.1 比例(P)调节 (5)2.2.2 比例积分(PI)调节 (7)2.2.3 比例积分微分(PID)调节 (8)第3章数字PID控制器 (11)3.1数字PID控制系统 (11)3.2数字PID控制的基本算法 (11)3.2.1 位置式PID控制算法 (11)3.2.2 增量式PID控制算法 (13)3.2.3 位置算式与增量算式的比较 (14)第4章数字PID的改进算法 (15)4.1积分算法的改进 (16)4.1.1 积分分离法 (18)4.1.2 变速积分法 (20)4.1.3 遇限消弱积分法 (21)4.1.4 梯形积分法 (22)4.2微分算法的改进 (22)4.2.1 不完全微分PID控制算法 (23)4.2.2 微分先行PID控制算法 (25)4.3带死区的PID控制算法 (27)第5章基于MATLAB的数字PID控制器设计及仿真 (28)5.1位置式PID控制算法仿真实例 (29)5.2增量式PID控制算法仿真实例 (30)参考文献 (31)谢辞 (32)第1章绪论1.1 课题目的及意义PID控制器又称为PID调节器，是按偏差的比例P、积分I、微分进行控制的调节器的简称，它主要针对控制对象来进行参数调节。
基于MATLAB的PID控制器设计报告
MATLAB论文--基于控制系统的PID调节基于MATLAB的PID 控制器摘要：本论文主要研究PID控制器。
PID控制是迄今为止最通用的控制方法，大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。
PID控制器（亦称调节器）及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器(至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90%)。
在PID控制器的设计中，参数整定是最为重要的,随着计算机技术的迅速发展，对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件，例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统。
本论文主要介绍PID的原理及简单的用法，探究控制器中各个参数对系统的影响，就是利用《自动控制原理》和《MATLAB》所学的内容利用简单的方法研究PID控制器的设计方法，并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。
关键字：PID控制简介PID控制器原理MATLAB仿真PID参数的设定正文：一、PID控制简介PID控制器又称PID调节器，是工业过程控制系统中常用的有源校正装置。
长期以来，工业过程控制系统中多采用气动式PID控制器。
由于气动组件维修方便，使用安全可靠，因此在某些特殊场合，例如爆炸式环境，仍然使用气动式PID控制器。
随着运算放大器的发展和集成电路可靠性的日益提高，电子式PID控制器已逐渐取代了气动式PID控制器。
目前，已在开发微处理器PID控制器。
这里，仅简要介绍PID控制器的主要特性。
PID调节器是一种线性调节器，它根据给定值)(t r与实际输出值)(t c构成的控制偏差：)(t e=)(t r－)(t c将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制，故称为PID调节器。
在实际应用中，常根据对象的特征和控制要求，将P、I、D基本控制规律进行适当组合，以达到对被控对象进行有效控制的目的。
例如，P 调节器，PI调节器，PID调节器等。
所以, 正确计算控制器的参数, 有效合理地实现PID控制器的设计,对于PID 控制器在过程控制中的广泛应用具有重要的理论和现实意义。
基于MATLAB的PID控制器设计说明
基于MATLAB的PID控制器设计说明PID控制是一种广泛应用于工业控制系统中的常用控制方法。
其主要思想是通过对系统输出和系统期望值之间的误差进行反馈调节，从而实现对系统的精确控制。
PID控制器的设计主要包括三个方面：比例控制、积分控制和微分控制。
下面将对MATLAB中的PID控制器设计进行详细说明。
第一步，确定系统模型：在设计PID控制器之前，首先需要获得被控对象的数学模型。
可以通过实验测量、建立数学模型或者系统辨识等方法来获取系统模型。
一般而言，常用的系统模型有传递函数模型和状态空间模型。
第二步，选择控制器类型：在MATLAB中，可以使用pid函数来构造PID控制器对象。
pid函数有多个重载形式，可以根据系统的实际情况选择适合的函数。
通常有两种常见的方式，一种是使用系统传递函数作为输入参数，另一种是使用系统状态空间模型作为参数。
例如，可以使用以下形式调用pid函数来构造一个PID控制器对象：pid_controller = pid(P, I, D)其中P、I和D分别表示比例增益、积分增益和微分增益。
根据系统的实际需求，可以调整这三个参数来获得更好的控制效果。
通常可以通过试探法或者经验法来选取合适的参数值。
第三步，闭环控制：在得到PID控制器对象后，可以通过MATLAB中的反馈函数来实现闭环控制。
反馈函数的基本形式如下：sys_cl = feedback(sys, pid_controller)其中sys为被控对象的传递函数或状态空间模型。
反馈函数可以自动生成闭环传递函数或闭环状态空间模型，并返回新的系统模型sys_cl。
第四步，性能评估和调试：在实际应用中，需要对系统的控制性能进行评估和调试。
MATLAB提供了一系列功能强大的工具和函数用于控制系统分析和调试，如step函数、bode函数、nyquist函数等。
这些工具可以帮助分析系统的响应特性、稳定性和鲁棒性，并通过调整PID控制器的参数来获得更好的控制效果。
控制系统pid参数整定方法的matlab仿真实验报告
控制系统pid参数整定方法的matlab仿真实验报告一、引言PID控制器是广泛应用于工业控制系统中的一种常见控制算法。
PID 控制器通过对系统的误差、误差积分和误差变化率进行调节，实现对系统的稳定性和动态性能的控制。
而PID参数的整定是保证系统控制性能良好的关键。
本实验旨在利用Matlab仿真，研究控制系统PID参数整定的方法，探讨不同整定策略对系统稳定性和动态性能的影响，为工程实际应用提供理论依据。
二、控制系统模型本实验采用了以二阶惯性环节为例的控制系统模型，其传递函数为：G(s) = K / (s^2 + 2ξω_ns + ω_n^2)其中，K为系统增益，ξ为阻尼比，ω_n为自然频率。
三、PID参数整定方法实验中我们探讨了几种典型的PID参数整定方法，包括经验法、Ziegler-Nichols方法和遗传算法。
1. 经验法经验法是一种简单粗糙的PID参数整定方法，根据实际系统的性质进行经验性调试。
常见的经验法包括手动调整法和试探法。
在手动调整法中，我们通过调整PID参数的大小，观察系统的响应曲线，从而找到满足系统性能要求的参数。
这种方法需要操作者有一定的经验和直觉，且对系统有一定的了解。
试探法是通过试验和试验的结果来确定PID参数的值。
在试探过程中，我们可以逐渐逼近最佳参数，直到满足系统性能要求。
2. Ziegler-Nichols方法Ziegler-Nichols方法是一种广泛应用的PID参数整定方法。
该方法通过系统的临界增益和临界周期来确定PID参数。
首先，在开环状态下，逐渐增加系统增益，当系统开始出现振荡时，记录下此时的增益值和周期。
然后根据临界增益和临界周期的数值关系，计算出PID参数。
3. 遗传算法遗传算法是一种基于生物进化原理的优化算法，可以用于自动化调整PID参数。
该方法通过对参数的种群进行进化迭代，逐渐找到最优的PID参数。
四、实验结果与分析我们利用Matlab进行了控制系统的PID参数整定仿真实验，并得到了不同整定方法下的系统响应曲线。
基于MATLAB的PID控制仿真研究
基于MATLAB的PID控制仿真研究μCOS-II在MCS-51上的移植及实现基于蓝牙的数据采集系统---软件部分基于MATLAB的PID控制仿真研究基于单片机的LCD控制器设计基于蓝牙的数据采集系统（硬件）基于神经网络的车辆类型识别基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统其他论文联系QQ: 1357709552目录摘要 (5)Abstract...............................................................................................................6前言..........................................................................................................7绪论. (8)经典控制理论概述.........................................................................................................8论文结构安排...............................................................................错误！未定义书签。
第1章PID 控制的理论基础.. (10)1.1PID 控制的相关参数 (10)1.1.1比例(P)控制 (10)1.1.2积分(I)控制 (10)1.1.3微分(D)控制 (11)1.2常见控制器 (11)1.2.1比例控制器P...................................................................................................................111.2.2比例积分控制器PI.........................................................................................................121.2.3比例微分控制器PD........................................................................................................121.2.4比例积分微分控制器PID. (13)1.3PID 控制参数整定.................................................................................................13第2章传统PID 控制...............................................错误！未定义书签。
过程控制作业,基于MatlabPID整定
《过程控制》课程设计报告题目： PID整定方法的比较研究姓名：学号：专业：自动化年级：指导教师：年月日目录1，任务书 (3)2，参数计算 (4)3，PID整定3.1临界比例度法整定 (5)3.2减振荡法整定 (7)3.3应曲线法整定 (8)4，问题总结 (11)4.1小结 (11)4.2三种整定方法的比较 (11)4.3 P、PI控制效果的比较 (12)4.4设计过程中遇到的问题及解决方法 (12)5，心得体会 (13)1 任务书1.1、设计题目PID整定方法的比较研究1.2、设计任务设计水槽水位单回路控制系统如图1所示：在阀门开度u 阶跃变化50%时，测得液位的响应数据如表1 所示：(1)液位必须控制在一定范围内，否则会影响系统的稳定运行，出现安全事故。
液位测量变速器的测量范围为100400mm。
已知测量变送环节均为线性测量变送元件。
(2)控制系统采用DDZ-III 型仪表，输入输出信号为标准电流信号。
(3)阀门为直线特性。
1.3、设计内容1、用具有纯滞后的一阶惯性环节近似该被控过程的数学模型2、分别用临界比例度法、衰减振荡法、反应曲线法整定P，PI 控制器参数3、利用 MATLAB/SIMULINK 构建单回路控制系统模型4、比较不同整定方法的控制效果5、比较P、PI 控制效果2 计算采用两点法计算参数Т，δ，τ由：T= (t2-t1)/{ln[1-y0(t1)]-ln[1-y0(t2)]}τ={t2ln[1-y0(t1)]-t1ln[1-y0(t2)]}/{ln[1-y0(t1)]-ln[1-y0(t2)]}得：表2表3由表3得：Т=（0.737+0.494+0.334）/3=0.522τ=（0.379+0.495+0.648）/3=0.507K=(340.5-200.1)/50=2.808 G(s)=2.808e^(0.507s)/(0.522s+1)检测变送K1=(20-4)/（400-300）=0.053 调节阀开度K2=100/16=6.25MATLAB/SIMULINK 构建单回路控制系统模型图Gain33 PID 整定3.1临界比例度法 具体整定步骤如下：① 将控制器的积分时间TI 置于最大（ TI =∞） ，比例带置为较大的数值, 把系统投入闭环运行。
基于matlab的pid控制仿真课程设计
基于matlab的pid控制仿真课程设计PID（比例-积分-微分）控制器是一种常见的控制算法，被广泛应用于工业控制系统中。
在本文中，我们将介绍基于MATLAB的PID控制仿真课程设计。
首先，我们将简要介绍PID控制器的原理和特点，然后介绍如何使用MATLAB进行PID控制的仿真。
PID控制器是一种反馈控制器，可以通过比例、积分和微分三部分来调节控制系统的输出。
比例部分根据误差的大小进行调节，积分部分用于消除稳态误差，微分部分用于抑制系统振荡。
通过调节PID控制器的参数，可以使系统的稳定性、响应速度和稳态误差达到预期的要求。
在MATLAB中，可以使用控制系统工具箱来进行PID控制的仿真。
首先，我们需要定义一个系统模型，可以是连续时间系统或离散时间系统。
然后，我们可以使用PID控制器对象来创建一个PID控制器。
PID控制器的参数可以通过试错法、模型辨识等方法进行调节。
一旦系统模型和PID控制器被定义，我们可以使用MATLAB中的仿真工具来进行PID控制器的仿真。
通常，我们将输入信号作为控制器的参考信号，将输出信号作为系统的输出，并将控制器的输出作为系统的输入。
然后，我们可以观察系统的响应，并根据需要调整控制器的参数。
在进行PID控制仿真实验时，我们可以通过选择不同的控制器参数、改变控制器的结构、调整参考信号等方式来研究控制系统的性能。
例如，我们可以改变比例增益来改变系统的稳定性和响应速度，增加积分时间常数来减小稳态误差，增加微分时间常数来抑制系统振荡等。
在课程设计中，我们可以设计不同的控制实验，并分析不同参数对系统性能的影响。
例如，可以研究比例增益对系统稳定性和响应速度的影响，或者研究积分时间常数对稳态误差的影响等。
同时，我们还可以通过比较PID控制和其他控制算法（如PI控制、PD控制等）来评估PID控制的优势和局限性。
在进行PID控制仿真实验时，我们应该注意以下几点。
首先，选择合适的系统模型，确保模型能够准确地描述实际系统的行为。
基于MATLAB的PID控制器设计报告
基于MATLAB 的PID 控制器设计一．PID 控制简介PID 控制是最早发展起来的经典控制策略, 是用于过程控制最有效的策略之一。
由于其原理简单、技术成，在实际应用中较易于整定, 在工业控制中得到了广泛的应用。
它最大的优点是不需了解被控对象精确的数学模型,只需在线根据系统误差及误差的变化率等简单参数, 经过经验进行调节器参数在线整定, 即可取得满意的结果, 具有很大的适应性和灵活性。
PID 调节器是一种线性调节器，它根据给定值)(t r 与实际输出值)(t c 构成的控制偏差： )(t e =)(t r －)(t c 将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制，故称为PID 调节器。
在实际应用中，常根据对象的特征和控制要求，将P 、I 、D 基本控制规律进行适当组合，以达到对被控对象进行有效控制的目的。
例如，P 调节器，PI 调节器，PID 调节器等。
综上我选择PID 调节: 比例调节反应速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态特性好,但是比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。
比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。
在实际应用中为了达到更高的要求，常根据对象的特征和控制要求，将P 、I 、D 基本控制规律进行适当组合，以达到对被控对象进行有效控制的目的。
所以我选择PID 调节。
PID 是以它的三种纠正算法而命名的。
这三种算法都是用加法调整被控制的数值。
而实际上这些加法运算大部分变成了减法运算因为被加数总是负值。
这三种算法是：比例- 来控制当前，误差值和一个负常数P （表示比例）相乘，然后和预定的值相加。
P 只是在控制器的输出和系统的误差成比例的时候成立。
这种控制器输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系。
比如说，一个电热器的控制器的比例尺范围是10°C，它的预定值是20°C。
那么它在10°C 的时候会输出100%，在15°C 的时候会输出50%，在19°C 的时候输出10％，注意在误差是0的时候，控制器的输出也是0。
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实验八 基于MATLAB 的PID 控制研究
一、 实验目的：
1 理解PID 的基本原理
2 研究PID 控制器的参数对于系统性能的影响
二、 实验设备
1 pc 机一台（含有软件“matlab ”） 三、 实验内容
1 利用matlab 软件，针对控制对象设计单闭环PID 控制系统
2 通过调节PID 控制器的参数，研究PID 控制参数对系统性能的影响
四、 实验原理 1 PID 的原理
单闭环PID 的控制系统的作用框图如下：
比例(P)控制
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。
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。
比例控制作用及时，能迅速反应误差，从而减小稳态误差。
但是，比例控制不能消除稳态误差。
其调节器用在控制系统中，会使系统出现余差。
为了减少余差，可适当增大P K ，
P K 愈大，余差就愈小；但P K 增大会引起系统的不稳定，使系统的稳定性变差，容易产生
振荡。
积分(I)控制
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。
输入
—
积分控制的作用是消除稳态误差。
只要系统有误差存在，积分控制器就不断地积累，输出控制量，以消除误差。
积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。
这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。
因而，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误差，使系统误差为零，从而消除稳态误差。
积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡。
微分(D)控制
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。
自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。
其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。
解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。
微分控制能够预测误差变化的趋势，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，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。
PID控制规律是一种较理想的控制规律，它在比例的基础上引入积分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳定性。
它适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求较高的场合，如温度控制、成分控制等。
下图为单位阶跃作用下，各个调节系统的阶跃响应曲线
图1 阶跃响应整定法设计的P、PI、PID控制阶跃响应
五、实验步骤
1 启动matlab里面的simulink命令，新建一个model文件
2设定受控对象
1
()
(51)(21)(101)
G s
s s s
=
+++
构建单位负反馈PID闭环控制系统
3设定Kp= 1 Ki=0Kd=0 观察记录其单位阶跃响应曲线图2 设计Kp= 1 Ki=0Kd=0 时的PID控制器的模拟系统
图3 Kp= 1 Ki=0Kd=0 时的单位阶跃响应曲线
4
比例系数
超调量
上升时间
稳态误差
图4 设计Kp= 2 Ki=0Kd=0 时的PID控制器的模拟系统图5 Kp= 2 Ki=0Kd=0 时的单位阶跃响应曲线
据图可知其超调量Mp= 上升时间tr= 稳态误差ess=
图6 Kp= 4 Ki=0Kd=0 时的单位阶跃响应曲线据图可知其超调量Mp= 上升时间tr= 稳态误差ess=
图7 Kp=12.5 Ki=0Kd=0 时的单位阶跃响应曲线据图可知其稳态误差ess=
图8 Kp=15 Ki=0Kd=0 时的单位阶跃响应曲线
据图可知其稳态误差ess=
5加入积分控制环节固定Kp=4 Kd=0，完成下表并记录其单位阶跃响应
积分系数0.1 0．2 0.3 0.4
超调量
调节时间（稳态
误差2%时）
稳态误差
图9Kp=4 Ki=0.1 Kd=0 时的单位阶跃响应曲线
据图可知其超调量Mp= 调节时间ts= 稳态误差ess=
图10 Kp=4 Ki=0.2 Kd=0 时的单位阶跃响应曲线据图可知其超调量Mp=调节时间ts=稳态误差ess=
图11 Kp=4 Ki=0.3 Kd=0 时的单位阶跃响应曲线
据图可知其超调量Mp= 调节时间ts= 稳态误差ess=
图12Kp=4 Ki=0.4 Kd=0 时的单位阶跃响应曲线
据图可知其超调量Mp=调节时间ts=稳态误差ess=
6、加入积分控制环节固定Kp=4 Kd=0，完成下表并记录其单位阶跃响应
微分系数 2 5 10 50
超调量
调节时间（稳态
误差2%时）
稳态误差
图13Kp=4 Ki=0.2Kd=2时的单位阶跃响应曲线据图可知其超调量Mp=调节时间ts=稳态误差ess=
图14Kp=4 Ki=0.2Kd=5时的单位阶跃响应曲线
据图可知其超调量Mp=调节时间ts=稳态误差ess=
图15Kp=4 Ki=0.2Kd=10时的单位阶跃响应曲线据图可知其超调量Mp=调节时间ts=稳态误差ess=
图16Kp=4 Ki=0.2Kd=50 时的单位阶跃响应曲线
据图可知其超调量Mp=调节时间ts=稳态误差ess=
7 调整适合的PID，得到一条各方面均优于上述步骤的单位响应曲线
图17 经过分析各个环节在控制中的作用，反复调节寻找到一个比较优的PID 控制环节
Kp=5 Ki=0.12Kd=8 时的单位阶跃响应曲线
图18 Kp=5 Ki=0.1Kd=8 时的单位阶跃响应曲线
据图可知其超调量Mp=调节时间ts=稳态误差ess=
六实验报告思考题
如何减小或消除稳态误差？纯比例控制环节能否消除稳态误差？
七实验感想。