基于MATLAB-Simulink环境下的PID参数整定课件

1、基于MATLAB/Simulink环境下的PID参数整定Study on PID parameters turning method based on MATLAB/Simulink一、PID控制 (PID Control)1.简介 1.1 PID控制应用广泛，实现简单 1.2几种常用的PID参数整定方法 1)稳定边界法 2)4:1衰减法 3)鲁棒法 4)ISTE最优参数整定法 (Itegral Squared Time-weighted Errors）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，调节过程快；鲁棒法和ISTE法超调量小，调节过程平衡，鲁棒性好。4:1衰减法有一定局限

2、性，鲁棒性差；ISTE法调节时间长；鲁棒法整定的参数偏保守。2.PID参数及其对系统控制过程的影响2.1 PID控制参数 (PID parameters)工业常见的PID控制规律为写成传递函数形式：计算机系统中常采用增量形式： 一般地，增大比例系数Kp,将加快系统响应速度，在有静差的系统中，有利于减小静差，但并不能根本上消除静差，且过大的比例系数会使系统产生超调，并产生振荡或使振荡次数增多，使调节时间加长，当比例系数大于一定值时还会使系统稳定性变差甚至使系统变得不稳定。比例系数过小又会使系统动作迟缓。二、PID参数整定(PID Parameters Turning)Simulink环境下PID

3、参数的稳定边界法整定过程控制系统中，PID调节器常用的传递函数形式可写成 1）将积分系数KI和微分系数KD设为0，KP置较小值，使系统投入稳定运行。 2）逐渐增大比例系数 KP，直到系统出现稳定等幅振荡，即临界振荡过程。记录此时的KP和临界振荡的振荡周期T。 3）按照下表的经验公式以及对应的调节器类型整定相应的PID参数，然后再进行仿真校验和微调。使用稳定边界法整定PID参(Z-N Method)分为以下几步调节规律整定参数KPKIKDP0.5KPPI0.455KP0.535KP/TPID0.6KP1.2KP/T0.075KPT具体步骤： 1）在Simulink下搭建系统框图如下 2）设置PI

4、D参数名称其仿真环境参数分别双击三个Gain元件，并在弹出的对话框中填入相应的变量名，比如Kp,Ki,Kd.在仿真环境设置中将“Stop Time”设为60，“Relative tolerance”设为1e-5。 采用夹逼法，先把Kp设一较大值，看系统是否稳定，稳定就令Kp=2*Kp,不稳定就令Kp=Kp/2，直到出现临界稳定即等幅振荡。Kp=12.5 放大坐标观察两个波峰之间的距离，比15多一点，因此T可取15.2，此时Kp=12.5。按照稳定边界法表格里的计算方法，我们很容易就可以得到整定的PID参数。 在MATLAB Command Window中输入Kp=12.5;T=15.2;Ki=

5、1.2*Kp/T;Kd=0.075*Kp*T;Kp=0.6*Kp; 得到的结果为： Kp=7.5000; Ki=0.9868; Kd=14.2500; 用上面整定的PID参数进行系统仿真，得到校正后的系统响应曲线如下：根据PID各部分参数对系统过程的影响，我们适当减少Ki即增大积分时间常数，减弱积分作用，可以有效减少超调，令Ki=0.5000;再次仿真。由左图，超调量在35%左右，调节时间在33s左右，比修正前都大为改善，此时系统的性能指标，对于过程控制来说已经比较令人满意了。三、总结 这种基于MATLAB和Simulink仿真环境下的PID参数整定方法与传统PID参数整定方法相比较，其特点是：简单、直观、有效、完全可视化且物理意义明确。这种整定方法步骤简单、工作量少、容易被工程技术人员理解和掌握，仿真的结果也表明这种方法的有效性，具有较高的实