simulinkPID仿真

1、、设计目的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。、使用设备计算机、MATLAB软件三、设计原理在模拟控制系统中，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E(s)U(s)Kp(1；TdS)KpKTissKdSTi色式中，Kp为比例系数；Ki为积分系数；Kd为微分系数；Ki为积分时间常数；TdKt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

2、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Ti,Ti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。四、上机过程1、在MATLAB命令窗口中输入“Simulink”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SimulinkLibraryBrowser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:各模块

3、在如下出调用：MathOperations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P'、Ki"、Kd',表示这三个增益系数。Li-*BlockPsraMeters;Gain?j?|X|fJ®snmEti工t?sR11-ns'fil-jpl£1n(r：T*1)£-yIIt-B-iri21eBTierat-mst墨aim(y=or"na.irizca.LTtG=K*uorJ=口*比).SzgpfJ.1七aJ-KrarriJISil-at<MainSign

4、aldatatypes：PazsaeterdatatyresG，im:区域Nllllpllc3.tion.11,itmem-irt5e(K.*u)二|5TL我uulu1Jfii-f-JfEl看由卜蜘orlifli型门sMKill4illLdfilLT!1|fin品tin。("fsiirhdi'i卜LFiSampletxhc-1Forinhuiitcd).1OK卜lEKUancfelHei;ApjpL.1Continuous模块库中的Integrator模块，它是积分模块；Derivative模块,它是微分模块。MathOperations模块库中的Add模块，它是加法模块，默

5、认是两个输入相加，双击该模块，将ListofSigns'框中的两个加号(+)改为三个加号，即(+),可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/CreatSubsystem"打开封装编辑器窗口。选中上述子系统模块，再选择模型窗口菜单国-而病-Zll导出画镇苗10的03GulCMrl+XCopyCtrl+CEa.steCti-l+V雪电31_1看上JLi.d&teXftfiAiB*Dele

6、te女-AllCirllA匚SPY出口，T»Cliplanard£ii>4.CtrltFOpaaiBloclKRynlP<drcSubSy-EtMmFat*irw.E1口ukFiropiairti_«=.匚r-吗上*占口卜.宣上明Cirl+fiIM-iL-Ek3u1bwkCtrlMILookUndarMia.sk:Ctjrl+UL*nlcnp，iKa£reshBladesCtrl+KUpd.at.<£gif：”3nCtLrl+i)*IniClulll1JUUtlEdit/MaskSubsystem”(LtIXTVtX-frXl

7、E-d1*EileI史iuwnuJL-a.tion.Format工HelpUndoIMqtb根据需要，在封装编辑器对话框中进行一些封装设置，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项：'Drawingcommands"编辑框中输入disp('PID')"，如下左图示:Parameters项：创建Kp,Ki,Kd三个参数，如下右图示:>4£dXIUE!«Pa-arneSEisITlialJiala-iDammonlaln口信|1F®firYG制球口KJ心占/t1IHep:I«

8、;W*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；CommonlyUsedBlocks模块库中的Mux模块和Sum模块；Continuous模块库中的Zero-Pole模块。Step模块，Sum模块和Zero-Pole模块设置如下: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/ConfiurationP

9、arameters”，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“Simulation/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(3) Kp=4.2,Ki=1.8,Kd=1.76、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

10、Kp,Ki,Kd的作用。只改变Kp,当Kp=8.5,Kp=6.7,Kp=4.2时候系统输出曲线截图标注只改变Ki,当Ki=5.3,Ki=2,Ki=1.8时候系统输出曲线截图标注；只改变Kd,当Kd=3.4,Kd=2.5,Kd=1.7时候系统输出曲线截图标注。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(3) PD调节Kp=8.5,Kd=2.5(4) PID调节Kp=7.5,Ki=5,Kd=3五.实验结果1.(1)Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4一LiMh-MM：Tuwmm白一俎迫Eh*Kp=&&Ki=53Kd=3.4(

11、2)Kp=6.7,Ki=2,Kd=2.5(3)Kp=4.2,Ki=1.8,Kd=1.7r=dnumtmwrOECwJfcpTtnxff羊白j声；篇卬口e*42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。(1)Ki,Kd不变仅改变Kp；Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4Kp=6.7,Ki=5.3,Kd=3.4Kp=4.2,Ki=5.3,Kd=3.4*r»k-"-'E=i""巾t上(2)Kp,Kd不变仅改变Ki;(1)Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4Kp=8.5,Ki=2,Kd=3.4Kp=

12、8.5,Ki=1.8,Kd=3.4(3)Kp,Ki不变仅改变Kd;(1)Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=2.5c篇，匕4Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=1.73不同调节器下该系统的阶跃响应曲线(1)P调节Kp=8I#ywr(rs4K92wrvJfiiu.二="*ID。,(2)PI调节Kp=5,Ki=2:tei=0FJM：!«jwv£jW3«*(3)PD调节Kp=8.5,Kd=2.5(4)PID调节Kp=7.5,Ki=5,Kd=3rgr片匚"六.总结1、P控制规律控制及时但不能消除余差，I控制规律能消除余差但控制不及时且一般不单独使用，D控制规律控制很及时但存在余差且不能单独使用。2、比例系数越小，过渡过程越平缓，稳态误差越大；反之，过渡过程振荡越激烈，稳态误差越小；若Kp过大，则可能导致发散振荡。Ti越大，