基于MATLAB的PID控制算法的研究开题报告

1、枣 庄 学 院本科生毕业设计（论文）开题报告题目： 基于MATLAB的PID控制算法的研究 姓名： 学号： 201005130663 年级： 2010级 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师：姓名 职称 讲师 学科 控制科学与技术 枣庄学院教务处制 2014年 月 日一、选题依据 目的：对于一个不能完全掌握被控对象的结构和参数，或者不能建立一个精确的数学模型的系统，我们需要一种更加简单可靠的控制方式。PID控制是一种便捷、稳定、直观的控制方式，它因为原理简单、直观、易于实现，应用对象广，而且控制效果好而被广泛地应用于工程控制以及工业实践中。意义：PID控制算法选择的不同，也使得控制系统得到

2、的结果不同，而系统的闭环特性很大程度上取决于PID控制器的性能。因此，控制系统的最终性能取决于PID参数的调节和优化，而这也正是研究PID控制具有实践意义的领域。二、文献综述内容PID控制作为最早也是最广泛地在工业控制系统以及工程实践中应用的控制方法，迄今为止已有70多年的历史。PID在实际应用当中不断改进创新，取得了可观的成果。目前，日本Inoue提出的应用于伺服重复轨迹的高精度控制的重复控制，既可跟踪周期性输入信号，又能抑制周期性干扰；基于工业控制被控对象的纯滞后性，在有确切被控对象的数学模型的前提下，Smith提出的纯滞后补偿模型有很好的控制效果；卡尔曼提出的滤波理论对控制干扰以及测量噪

3、声具有很好的滤波作用；美国Michian大学Holland教授的遗传算法，简单而且可并行处理。随着科学技术的不断创新，PID控制的发展越来越趋向于高端化。目前, PID 控制应用最广, 这不仅仅是因为PID控制结构简单、易于实现, 而且更重要的是因为PID适合于大多数控制对象。 在一些发达国家(如日本) , PID 控制的使用率也达85。 4% 1 。 PID控制器实现且综合了关于系统过去( I)、现在( P)和未来( D )三方面的信息, 对动态过程无需太多的预测知识, 鲁棒性强, 控制效果令人满意 2 。 采用不同的PID参数, 控制系统的效果大不相同, 系统的闭环特性很大程度上取决于PI

4、D控制器的性能,因此控制器参数的调节和优化决定着PID控制系统最终能达到的控制性能, 是PID控制系统研究中十分重要并有实践意义的领域。所谓PID参数的整定, 就是选择合适的比例系数K P、积分时间常数TI 和微分时间TD, 使自动调节系统工作在最佳的状态 3- 6 。 PID 参数的整定方法主要有: 理论建模法、工程整定法。 理论建模法的缺点是需要知道或能够求出控制对象的数学模型,它要用到控制理论和数学方面的有关知识, 比较复杂, 不易被工程技术人员所掌握。 正因为如此, 工程整定法深受人们的欢迎。在典型工业应用中, 通常选择工程整定的方法。 这些方法不需要获得调节对象的准确动态特性, 直接

5、在闭合的调节回路中进行整定, 方法简单、计算方便、容易掌握, 适合在工程实际中应用。 控制工程中常用的工程整定方法有稳定边界法、4：1衰减法、鲁棒PID 参数整定法和ISTE ( Integ ralSquared T im e- w eighted E rrors)最优参数整定法。这四种方法各有优缺点, 稳定边界法和4：1衰减法上升时间短、调节过程较快; 而鲁棒PID 参数整定法和ISTE 最优参数整定法超调量小, 调节过程比较平稳, 鲁棒性好。 4种方法中, 稳定边界法简单方便、容易掌握; 4：1衰减法超调量大, 在一些特殊情况下, 可能得不到4：1衰减比时的比例度和操作周期, 有一定的局限

6、性, 此外其鲁棒性也差; ISTE 调节时间长; 鲁棒PID 参数整定法在被控对象的有关过程参数比较准确时, 该法整定的参数就比较偏保守一些。 通过对上述4 种PID 参数整定方法的比较, 我们可以体会到, 控制系统的快速性和鲁棒性是相互矛盾和相互制约的。 4 种方法各有优缺点, 在工程整定法中都有着各自的生命力。综上, 在当今自动控制系统中, PID 控制仍然是一种广泛采用的控制策略。 而在PID 参数整定中, 工程整定的方法又广受工程技术人员的欢迎,实用性强。 并在工程整定方法中稳定边界法仍然有着较强的生命力。 但稳定边界法在常规的实验中还有一些弱处, 如在做实验时需要把控制系统调到等幅振

7、荡, 有时可能会影响生产的正常操作。 但在S imulink仿真环境下无这样的顾虑。 本文针对常规实验中的一些不足, 提出了基于MATLAB /S imulink仿真环境下的稳定边界法PID 参数校正, 其优点是: 非常直观、完全可视化操作、省去了编程的工作。本文通过利用MATLAB/Simulink的仿真功能，对PID的控制算法进行了深入地研究与分析，不仅可以提高工作效率，而且能使系统处于一个最佳的运行状态，节约了大量的人力物力，对现实需求以及实际应用具有重要意义。参考文献： 1 孟庆明.自动控制原理第二版M.北京：高等教育出版社，2008.62 陈辉,邵林.基于MATLAB的数字PID控制

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9、6:673-676+681. 9李晓丹. 模糊PID控制器的设计研究D.天津大学,2005. 10金奇,邓志杰. PID控制原理及参数整定方法J. 重庆工学院学报(自然科学版),2008,05:91-94. 11吴宏鑫,沈少萍. PID控制的应用与理论依据J. 控制工程,2003,01:37-42. 12路桂明. 基于模糊PID控制的电锅炉温度控制系统的研究D.哈尔滨理工大学,2007. 13历风满. 数字PID控制算法的研究J. 辽宁大学学报(自然科学版),2005,04:85-88. 14闫永跃,李庆周,于树新. 智能PID控制综述J. 可编程控制器与工厂自动化,2006,12:9-13+

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