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1、实用标准 文案大全 增量式 PID 控制算法的MATLAB 仿真 PID 控制的原理 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制， 简称 PID 控制，又称 PID 调节。 PID 控制器问世至今已有近70 年历史，它以其 结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当 被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时， 控制理论的 其它技术难以采用时， 系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定， 这时应用 PID 控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象, 或 不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用 P
2、ID 控制技术。 PID 控制， 实际中也有 PI 和 PD控制。 PID 控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、 微分计算出控制量进行控制的。 一、题目：用增量式 PID 控制传递函数为 G(s)的被控对象 G（s）=5/(s2+2s+10), 用增量式 PID 控制算法编写仿真程序（输入分别为单位阶跃、正弦信号， 采样时间为1ms ，控制器输出限幅： -5,5,仿真曲线包括系统输出及误 差曲线，并加上注释、图例） 。程序如下 二、增量式 PID 原理 U(k)= u(k)+ U(k-1) 或 U(k)=u(k)+ U(k-1) 注：U(k) 才是 PID控制器的输出 三、分析过程 1、
3、对 G(s) 进行离散化即进行Z变换得到 Z传递函数 G(Z)； 2、分子分母除以 z 的最高次数即除以z 的最高次得到； )2()1(2)()()1()()(nnn T T n T T nnKnU D I PO )2()1(2)()(i)1()()(nnnKdnKnnKnU PO 实用标准 文案大全 3、由 z 的位移定理 Ze(t-kt)=zk*E(z)逆变换得到差分方程； 4、PID 编程实现 P：y = Kp* I: D: 由于是仿真采样此处为增量式PID 控制故按照以下程序实现PID 控制： x(1)=error-error_1; %Calculating P x(2)=error-
4、2*error_1+error_2; %Calculating D x(3)=error; %Calculating I 四、程序清单 clear all; close all; ts=0.001; sys=tf(5,1,2,1 0); dsys=c2d(sys,ts,z); num,den=tfdata(dsys,v); u_1=0.0;u_2=0.0; y_1=0.0;y_2=0.0; x=0,0,0; error_1=0; error_2=0; for k=1:1:10000 time(k)=k*ts; S=2; if S=1 kp=6;ki=45;kd=5; rin(k)=1; %St
5、ep Signal elseif S=2 dt T y I 1 dt d Ty D 实用标准 文案大全 kp=10;ki=0.1;kd=15; %Sine Signal rin(k)=0.5*sin(2*pi*k*ts); end du(k)=kp*x(1)+kd*x(2)+ki*x(3); %PID Controller u(k)=u_1+du(k); %Restricting the output of controller if u(k)=5 u(k)=5; end if u(k)=-5 u(k)=-5; end %Linear model yout(k)=-den(2)*y_1-den
6、(3)*y_2+num(2)*u_1+num(3)*u_2; error(k)=rin(k)-yout(k); %Return of parameters u_2=u_1;u_1=u(k); y_2=y_1;y_1=yout(k); x(1)=error(k)-error_1; %Calculating P x(2)=error(k)-2*error_1+error_2; %Calculating D x(3)=error(k); %Calculating I error_2=error_1; error_1=error(k); end figure(1); plot(time,rin,b,t
7、ime,yout,r); xlabel(time(s),ylabel(rin,yout); figure(2); plot(time,error,r) xlabel(time(s);ylabel(error); 实用标准 文案大全 调节过程如下： 1. 首先调节 ki=kd=0, 调节比例环节 kp, 从小到大直至临界稳定。 2. 调节 ki, 依次增大直到等幅振荡为止。 3. 调节 kd, 逐渐增大直至临界振荡。 4. 再把各个环节都加入系统进行微调各环节增益。 Kp=1,ki=0,kd=0; 012345678910 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.
8、9 1 time(s) r in , y o u t 实用标准 文案大全 Kp=3,ki=0,kd=0 Kp=6,ki=0,kd=0 012345678910 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 time(s) r in , y o u t 012345678910 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 time(s) r in , y o u t 实用标准 文案大全 kp=9,ki=0,kd=0 kp=7,ki=0,kd=0 012345678910 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
9、time(s) r in , y o u t 012345678910 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 time(s) r in , y o u t 实用标准 文案大全 Kp=6,ki=15,ki=0 Kp=6,ki=30,ki=0 012345678910 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 time(s) r in , y o u t 012345678910 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 time(s) r in , y o u t 实用标准 文案大全 Kp=6,ki=45,ki=0 Kp=6,
10、ki=50,kd=0 012345678910 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 time(s) r in , y o u t 012345678910 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 time(s) r in , y o u t 实用标准 文案大全 Kp=6,ki=45,kd=1 Kp=6,ki=45,kd=3 012345678910 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 time(s) r in , y o u t 012345678910 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 time(s) r in ,
11、 y o u t 实用标准 文案大全 Kp=6,ki=45,kd=5 按照顺序调节后的波形如上图，没有达到理想的波形，不知道为什么，去掉限幅和if的选 择条件改参数后得到下图： 此时 kp=150;ki=0.132.;kd=2400 012345678910 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 time(s) r in , y o u t 012345678910 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 time(s) r in , y o u t 实用标准 文案大全 用 simulink仿真如下，此时 kp=6,ki=45,kd=5,这种效果比较好，但不知道怎么 用程序来实现这种比较好的效果。 结论：通过这次作业，学习了一些PID 的知识，但是还是有很多疑问没有解决， 不是很会调参数，而且用相同参数程序仿真出来的图形和simulink仿出来的图 形不一样，这一个还没有得到解决，还需要后面更多的学习。