实验四PID控制系统的Simulink

1、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。、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aG(s)E(s)U(s)Kp(1TdS)KpKisKdsK式中，Kp为比例系数；Ki为积分系数；Kd为微分系数；Ti-为积分时间常Kd数; Td K；为微分时间常数;简单来说

2、，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。三、实验使用仪器设备计算机、MATLA软件四、实验内容（步骤）1、在MATLAB令窗口中输入“ simulink ”进入仿真界面。2、构建 PID控制器：（1）新建 Simulink

3、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：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 Operations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

4、of Sig ns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/CreatSubsystem” 封装。选中上述子系统模块，再选择模型窗口菜单“ Edit/MaskSubsystem 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 （图标）项:“Drawing commands

5、 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： Mask editor :SubsystemIcon Parameters | Initializaticin | DocumentationIcon optionsFrame| VisibleDrawing comimaridsdiPCFID，)Transparency loDaaueExamples of drawing commandsCOlHlUTiand port_la.bal (libel speci fie ports)Syntax oortJabe

6、lCoutpuf. 1,环UnmaskOKCancelHelp冋4、editor :SubsystemIcon Parameters | initialization | Documentation |rDialog parametersOptions for selected parameterPopups (one per line): In dialog: Showparai Enable parUnmaskOKCancelHelpApplyDialogcallback: 1二J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。H

7、 zhangling = | 越3、搭建一单回路系统结构框图如下图所示：.zhangling2所需模块及设置：Sources模块库中Step模块；Sinks模块库中的Scope模块;CommoniyUsed Blocks 模块库中的 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：E Block Parameters: Step厂 Step -Par izj-=t eraStep tise；Output 且 step.OK I Cancel I Melo I i吕 Block Parameters: Zero Pole月Z=

8、xc_Pq1&Katriz expression for ztqk. V=ctdt ezpression for do：悬囂 and gain. Output Tidth QualE the niEteT of coluans in zroa 2atiiz dt on.叵: zeros le 且 vector.Paraz;=t sr eZeros:pgles:|-1 -2 3 -4Gain:hoAbsolut色 tolerance zanta4、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“Simulati

9、on/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。耳 CanHgurjlioni Parameters； zha nglingJ/Confi guration5、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 :H Block Parameters： Subsystem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,

10、Kd=3.4(2) Kp=6.7,Ki=2,Kd=2.5(3) Kp=4.2,Ki=1.8,Kd=1.7 Sfape=旦固定其余两6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, 个，以此来分别讨论Kp,Ki,Kd的作用。Kp=8.5 Ki=5.3 改变 Kd=5斗 F 二 d1 fjrrk 、Kp=8.5 改变 Ki=7.3 Kd=3.4改变 Ki=9.5 Kd=5.3 Ki=3.4irDiceruh-i i-s i7、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=2.5rorwr川艸i ip muus(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：（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