1、 自动控制自动控制课程设计论文课程设计论文 学学 期：期： 2016-2017 第二学期第二学期 专专 业：业： 2014 级级电子信息工程一班电子信息工程一班 任任 课课 教教 师师： 姓姓 名名： 学学 号号： 2 / 10 目录目录 摘要： 3 关键词： 3 1.PID 控制 3 1.1 PID 控制概述 3 1.2 PID 控制规律 3 1.3 PID 控制的主要特点 4 1.4 PID 控制参数整定规律 4 1.5 PID 控制参数整定方法 . 4 1.6 数字 PID 调节 4 2 离散数字 PID 控制系统的设计 5 2.1 离散 PID 控制算法： . 5 2.2 分析过程：.
2、 5 2.3 MATLAB 仿真 . 6 2.4 Simulink 仿真 8 2.5 结果分析 9 3 结语 10 参考文献： 10 3 / 10 基于基于 MATLABMATLAB 与与 SIMULINKSIMULINK 实现实现的离散数字的离散数字 PIDPID 控制系统控制系统 摘要：摘要： MATLAB 是美国 MathWorks 公司出品的商业数学软件， 用于算法开发、 数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包 括 MATLAB 和 Simulink 两大部分。本次课程设计利用 MATLAB 软件中的 MATLAB 仿真与 Simulink 仿真实现了对
3、离散的数字 PID 控制系统的建模、仿真。 关键词关键词：MATLAB Simulink PID 数字 PID 控制系统就是把模拟 PID 控制算式离散化处理， 便于系统用单片机 或计算机实现控制。 在计算机过程控制领域中， 数字 PID 调节器有着广泛的应用。 由于它具有确定的结构，所以只要研究它的参数整定规则即可。数字 PID 控制系 统是时间的离散系统，计算机对生产过程的控制是断续的过程，即在每一个采样 周期内，传感器将所测数据转换成统一的标准信号后输入给调节器，在调节器中 与设定值进行比较得出偏差值，经 PID 运算得出本次的控制量，输出到执行器后 才完成了本次的调节任务。一些原来在模
4、拟 PID 控制器中无法实现的问题，在引 入计算机后，就可以得到解决，于是产生了一系列的改进算法，形成非标准的控 制算法，以改善系统品质，满足不同控制系统的需要。 1.PID 控制控制 1.1 PID 控制概述控制概述 PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值 rin（t）与实际输出值 yout （t）构成控制偏差：)()()(tyouttrinterror。 比例 微分 积分 被控对象 rin(k)yout(k) _ + + 图 1-1 PID 控制器 1.2 PID 控制规律控制规律 t D I p dt tderrorT dtterror T terrorktu 0 )( )( 1
5、)()( （其中：kp比例系数；TI积分时间常数；TD微分时间常数） 4 / 10 1.3 PID 控制的主要特点控制的主要特点 （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
6、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，以改善系统的动态性能。 1.4 PID 控制参数整定规律控制参数整定规律 （1）增大比例系数一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小 静差，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变 坏。 （2）增大积分时间有利于减小超调，减小振荡，使系统的稳定性增加，但 是系统静差消除时间变长。 （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。 1.5 PID 控制参数整定方法控制参数整定方法 （1）理论计算整定法 主要依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到 的计算数据未必可以直
