matlab课程设计--二阶弹簧—阻尼系统PID控制器设计及其参数整定

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1、 二阶弹簧阻尼系统 PID 控制器设计及其参数整定 班班 级：级： 自动化自动化 1212- -1 1 班班_ _ 姓姓 名：名： _ 学学 号：号： _ 指导老师：指导老师： _ 目录 前言 1 一、MATLAB 产生的历史背景1 二、MATLAB 的语言特点2 三、Matlab 的典型应用3 第一章、比例控制系统 4 第二章、积分控制系统 4 第三章、比例积分系统 5 第四章、比例积分微分系统 5 第五章、原理的应用仿真 7 第六章、仿真的结果 8 第七章、结果分析 12 第八章、结论 12 心得体会 14 参考文献 15 二阶弹簧二阶弹簧阻尼系统阻尼系统 PID 控制器设计及其参数整定控

2、制器设计及其参数整定 1 前 言 PID控制器结构简单，其概念容易理解，算法易于实现，且具有一定的鲁棒 性，因此，在过程控制领域中仍被广泛使用，除非在特殊情况下证明它不能满足 既定的性能要求。对于单输入单输出的系统，尤其是阶跃响应单调变化的低阶对 象，已有大量的PID整定方法及其比较研究。当对象的阶跃响应具有欠阻尼特性 时，如果仍近似为惯性对象，被忽略的振荡特性有可能引起控制品质的恶化。现 有的一些针对二阶欠阻尼对象的PID整定方法， 例如极点配置方法,幅值相位裕量 方法等，尽管在各自的假设前提下取得了较好的控制效果，但并非适用于所有的 二阶欠阻尼对象，其性能鲁棒性问题也有待讨论。 本文通过使

3、用 MATLAB 对二阶弹簧阻尼系统的控制器（分别使用 P、PI、 PID 控制器）设计及其参数整定，定量分析比例系数、积分时间与微分时间对系 统性能的影响。同时，掌握 MATLAB 语言的基本知识进行控制系统仿真和辅助设 计，学会运用 SIMULINK 对系统进行仿真，掌握 PID 控制器参数的设计。 一、MATLAB 产生的历史背景 在 20 世纪 70 年代中期，Cleve Moler 博士和其同事在美国国家科学基金的 资助下开发了调用 EISPACK 和 LINPACK 的 FORTRAN 子程序库。EISPACK 是特征值 求解的 FORTRAN 程序库，LINPACK 是解线性方程

4、的程序库。在当时，这两个程序 库代表矩阵运算的最高水平。 到 20 世纪 70 年代后期， 身为美国 New Mexico 大学计算机系系主任的 Cleve Moler，在给学生讲授线性代数课程时，想教学生使用 EISPACK 和 LINPACK 程序 库，但他发现学生用 FORTRAN 编写接口程序很费时间，于是他开始自己动手，利 用业余时间为学生编写 EISPACK 和 LINPACK 的接口程序。Cleve Moler 给这个接 口程序取名为 MATLAB，该名为矩阵（matrix）和实验室（laboratory）两个英 文单词的前三个字母的组合。在以后的数年里，MATLAB 在多所大学

5、里作为教学 辅助软件使用，并作为面向大众的免费软件广为流传。 1983 年春天，Cleve Moler 到 Stanford 大学讲学，MATLAB 深深地吸引了工 程师 John Little。John Little 敏锐地觉察到 MATLAB 在工程领域的广阔前景。 同年，他和 Cleve Moler、Sieve Bangert 一起，用 C 语言开发了第二代专业版。 这一代的 MATLAB 语言同时具备了数值计算和数据图示化的功能。 1984 年， Cleve Moler 和 John Lithe 成立了 MathWorks 公司， 正式把 MATLAB 推向市场，并继续进行 MATLAB 的研究和开发。 在当今 30 多个数学类科技应用软件中，就软件数学处理的原始内核而言， 可分为两大类。一类是数值计算型软件，如 MATLAB、Xmath、Gauss 等，这类软 件长于数值计算，对处理大批数据效率高；另一类是数学分析型软件，如 Mathematica、Maple 等，这类软件以符号计算见长，能给出解析解和任意精度 解， 其缺点是处理大量数据时效率较低。 MathWorks 公司顺应多功能需求之潮流， 在其卓越数值计算和图示能力的基础上，又率先在专业水平上开拓了其符号