实验四PID控制系统地Simulink

1、实用文档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：实用文档实验四 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a skskikststksusesgdpdip)11()()()(式中，pk为比例系数；ik 为积分系数；dk 为微分系数；ipikkt为积分时间

2、常数；pddkkt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it ，it 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 ”

3、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：实用文档各模块如下： 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。 continuous模块库中的 integrator模块，它是积分模块； derivative模块，它是微分模块。 math operati

4、ons模块库中的 add 模块，它是加法模块，默认是两个输入相加，双击该模块，将 list of signs框中的两个加号（ +）后输入一个加号（+） ，这样就改为了三个加号，用来表示三个信号的叠加。 ports & subsystems模块库中的 in1 模块（输入端口模块）和out1 模块（输出端口模块）。（2）将上述结构图封装成pid 控制器。创建子系统。选中上述结构图后再选择模型窗口菜单“edit/creat subsystem” 封装 。选 中 上 述子 系统模 块， 再 选 择模 型窗 口 菜 单“ edit/mask subsystem”根据需要， 在封装编辑器对话框中进

5、行一些封装设置，包括设置封装文本、对话框、图标等。本次试验主要需进行以下几项设置：icon （图标）项：“drawing commands ”编辑框中输入“ disp( pid)” ，如下左图示： parameters( 参数) 项：创建 kp,ki,kd 三个参数，如下右图示：实用文档至此， pid 控制器便构建完成，它可以像simulink自带的那些模块一样，进行拖拉，或用于创建其它系统。实用文档3、搭建一单回路系统结构框图如下图所示：所需模块及设置： sources 模块库中 step 模块； sinks 模块库中的 scope模块；commonly used blocks 模块库中的

6、mux模块；continuous 模块库中的 zero-pole模块。 step 模块和 zero-pole 模块设置如下：实用文档4、构建好一个系统模型后，就可以运行，观察仿真结果。运行一个仿真的完整过程分成三个步骤：设置仿真参数、启动仿真和仿真结果分析。选择菜单“simulation/confiuration parameters” ，可设置仿真时间与算法等参数，如下图示：其中默认算法是ode45（四/ 五阶龙格 - 库塔法） ，适用于大多数连续或离散系统。实用文档5、双击 pid 模块，在弹出的对话框中可设置pid 控制器的参数 kp,ki,kd ：设置好参数后，单击“ simulati

7、on/start”运行仿真，双击scope示波器观察输出结果，并进行仿真结果分析。比较以下参数的结果：（1）kp=8.5,ki=5.3,kd=3.4 （2）kp=6.7,ki=2,kd=2.5 实用文档（3）kp=4.2,ki=1.8,kd=1.7 6、以 kp=8.5,ki=5.3,kd=3.4这组数据为基础， 改变其中一个参数， 固定其余两个，以此来分别讨论kp,ki,kd 的作用。 kp=8.5 ki=5.3 改变 kd=5 kp=8.5 改变 ki=7.3 kd=3.4 实用文档改变 ki=9.5 kd=5.3 ki=3.4 7、分析不同调节器下该系统的阶跃响应曲线（1）p调节 kp=8 （2）pi 调节 kp=5,ki=2 实用文档（3）pd调节 kp=8.5,kd=2.5 （4）pid调节 kp=7.5,ki=5,kd=3 五实验总结在本次实验中，不同于以往的自动控制实验，这次使用的simulink ，将实验要求中的图形和参数绘制， 在这上面花费的巨大的精力，通过修改参数， 得出不同的实验结果。 pid控制各校正环节的作用如下：实用文档（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