PID控制系统的Simulink仿真分析教学文案

1、PI D 控 制 系 统 的Si mul i n k 仿 真 分 析F步N汽，呼课程名称： MATLAB 语言与控制系统仿真实验项目：_PID控制系统的Simulink仿真分析专业班级：学号：姓名：指导教师：日期：机械工程实验教学中心注：1、请实验学生及指导教师实验前做实验仪器设备使用登记;2、请各位学生大致按照以下提纲撰写实验报告，可续页；3、请指导教师按五分制(优、良、中、及格、不及格)给出报告成绩;4、课程结束后，请将该实验报告上交机械工程实验教学中心存档。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

2、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1KP(1 系KiTdS) Kp KdSs式中，Kp为比例系数;Ki为积分系数；Kd为微分系数；T二为积分时间常Ki数；Td 组为微分时间常数；简单来说，PID控制各校正环节的作用如下：Kp(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T, Ti越大，积分作用越弱，反之则越强。（3）微分

3、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（名称、型号、技术参数等）计算机、MATLA颤件四、实验内容（步骤）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

4、。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*P、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 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

5、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” 编辑本1 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:力 Mask editor ：SubsystemIconParametersInitialization | DocumentationPromp

6、tVariableTypeEvaluateTunablekpkpedit .同akikieditkdkdedit17r Dialog parametersOptions for selected parameterIfi dialog: V Showparai 审 Enable parPopups (one per line):Dialog callback:UnmaskOKCancelHelpApply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:Fil? Edit View Simulatio

7、n Format T ools Hslp寻 zhangling2j回It|10.0 iHoriifll 三用黑国10睇Readyzhangling o File Edit View Simulation Format Tools Help口|卢0 昌区岫(S ! i rrei rrBe . r r r a i rreafii i rrasi-HHTJ 二:1 :;QB 一一一 一 + 一一一 一一卜一 一F 一 一一 一一 一一一一一一 一一一 一 一一 . 11 f a1ln;iiitiMainiiH iiuMUiiaiiiiiMti.;:;i|，,/一 M0T Irni I M.0T Ij

8、一,r一 M，.; I01051015Time offset: 0(2) Kp=9.5,Ki=5.3,Kd=3.4励 Block Parameters: Subsystem改变ki的值，其余两个不变，分为两组，第一组是ki的值小于5.3,第二组是ki的值大于5.3.此处的值都是任意取得，ki1=4.7.ki2=6.1(3) Kp=8.6,Ki=4.7,Kd=3.4I，r . Block Parameters： Subsystem(4) Kp=8.5,Ki=7.1,Kd=3.4品 Block Para meters: Subsystem昌图I I A启用腌寇剧的改变kd的值，其余两个不变，分为两

9、组，第一组是 kd的值小于3.4,第二组是kd的值大于3.4.此处的值都是任意取得，kd1=2.6.kd2=4.7(5) Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=2.6(6) Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=4.7 Block Pai ameters: SubsystemTime oilset:Q0用1.-_1!:.一1-i7、分析不同调节器下该系统的阶跃响应曲线(1) P 调节 Kp=8Time offset(2) PI 调节 Kp=5,Ki=2(3) PD调节 Kp=8.5,Kd=2.5 Block Parameters: Subsystem(4) PID 调节 Kp=7.5,Ki=5,Kd=3 Block Parameters: SubsysternSubETjLtesi （ELBLS；k）Faxaseters五.结论总结PID调节的基本特点pid调节即为比例，积分，微分调节Kp 为比例参数，主要是用于快速调节误差；Ki 为积分参数，主要是用于调节稳态 时间；Kd 为微分参数，主要是用于预测误差趋势，提前修正误差。随着 kp,ki,kd 减小，系统反应速度变慢，超调量逐渐减小，系统调整时间也在变小。使 kd 变化其余两个值不变，可看出随着kd 的增加，超调量