基于MATLAB的PID控制器设计说明.pdf

基于 MATLAB的 PID 控制器设计 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。 积分作用 : 可以减少稳态误差 , 但另一方面也容易导致积分饱和 , 使 系统的超调量增大。 微分作用 : 可提高系统的响应速度 , 但其对高频干扰特别敏感 , 甚至 会导致系统失稳。 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。 在 PID 控制系统中 , PID 控制器分别对误差信号 e （t ）进行比例、积 分与微分运算 , 其结果的加权和构成系统的控制信号 u （t ），送给对象模型 加以控制。 PID 控制器的数学描述为 其传递函数可表示为 : 从根本上讲 , 设计 PID 控制器也就是确定其比例系数 Kp、积分系数 T i 和微分系数 T d , 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。 二、 MATLAB的 Ziegler-Nichols 算法 PID 控制器设计。 1 、 PID 控制器的 Ziegler-Nichols 参数整定 在实际的过程控制系统中 , 有大量的对象模型可以近似地由一阶模型 K -sL 来表示。这个对象模型可以表示为 G(s) e 1 sT 如果不能建立起系统的物理模型 , 可通过试验测取对象模型的阶跃响 应 , 从而得到模型参数。当然 , 我们也可在已知对象模型的情况下 , 利用 MATLAB，通过使用 step ( ) 函数得到对象模型的开环阶跃响应曲线。在被 控对象的阶跃响应中 , 可获取 K 、 L 和 T 参数 , 也可在 MATLAB 中 由 dcgain ( ) 函数求取 K 值。 2. 在 MATLAB下实现 PID 控制器的设计与仿真 已知被控对象的 K、L 和 T 值后 , 我们可以根据 Ziegler — Nichols 整定 公式编写一 个 MATLAB函数 ziegler_std ( ) 用以设计 PID 控制器。该函数程序 如下： function