基于PID的Simulink控制系统仿真PPT课件（MATLAB优秀课程、学习资料）.pptx

基于PID的Simulink控制系统仿真 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。控制系统Simulink仿真主要内容包括控制系统的数学模型、控制系统的基本原理和分析方法，良好的控制系统对控制器要求较低，系统的复杂度是影响系统稳定性因素之一，基于PID的Simulink系统仿真广泛应用在工业控制中。学习目标：（1）熟练掌握MATLAB PID控制方法等；（2）熟练运用MATLAB控制系统设计等；（3）熟练掌握使用MATLAB工具解决工程实际问题等。目录1 PID控制原理2 基于PID的控制仿真3 基于S函数的PID控制系统仿真4 基于PID的倒立摆小车控制仿真1 PID控制原理在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。模拟PID控制系统原理框图如图7-1所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成。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的控制规律为：或可以写成传递函数的形式，式中，为比例系数，积分时间常数，为微分时间常数。2 基于PID的控制仿真（1）根据PID控制算法，对下列对象进行控制：PID控制参数为：MATLAB程序如下：%增量式PID Increment PID Controllerclc% 清屏clear all;%删除workplace变量close all;%关掉显示图形窗口?ts=0.001; % 采样时间sys=tf(400,[1,50,0]); % 传递函数dsys=c2d(sys,ts,z);% 连续模型离散化[num,den]=tfdata(dsys,v);% 获得分子分母%PID控制量u_1=0.0;u_2=0.0;u_3=0.0;y_1=0;y_2=0;y_3=0;?x=[0,0,0];% 误差error_1=0;error_2=0;for k=1:1:1000 time(k)=k*ts;yd(k)=1.0; % PID参数 kp=8; %比例系数 ki=0.10;%积分系数 kd=10;%微分系数 du(k)=kp*x(1)+kd*x(2)+ki*x(3); u(k)=u_1+du(k);? if u(k)=10 u(k)=10; end if u(k)=-10 u(k)=-10; end y(k)=-den(2)*y_1-den(3)*y_2+num(2)*u_1+num(3)*u_2; error=yd(k)-y(k); u_3=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k); y_3=y_2;y_2=y_1;y_1=y(k); x(1)=error-error_1; %Calculating P x(2)=error-2*error_1+error_2; %Calculating D x(3)=error; %Calculating I error_2=error_1; error_1=error;endfigure(1);plot(time,yd,r,time,y,b,linewidth,2);xlabel(time(s));ylabel(yd,y);grid ontitle(增量式PID跟踪响应曲线)legend(Ideal position signal,Position tracking);figure(2);plot(time,yd-y,r,linewidth,2);xlabel(time(s));ylabel(error);grid ontitle(增量式PID跟踪误差)增量式PID阶跃跟踪结果如图7-2~图7-3所示（2）采用MATLAB/Simulink中PID控制器进行模型控制，搭建相应的PID控制仿真文件如图7-4所示。PID控制器参数设置如图7-5所示。PID控制参数为：对其进行仿真输出图形如图7-6所示。（3）考虑到PID控制器为比例、积分、微分控制器，在此搭建用户自己的PID控制器，采用比例、积分、微分控制器组合控制输出，搭建如图7-7所示。相应的控制输出如图7-8所示3 基于S函数的PID控制系统仿真（1）考虑一电动机被控对象传递函数：采用MATLAB脚本文件，利用ode45的方法求解该连续对象方程，输入指令方程为一正弦函数采用PID控制方法设计控制器，其中采用PID参数为e(k)=yd(k)-y(k);de(k)=(e(k)-e_1)/ts; ?u(k)=20.0*e(k)+0.50*de(k);%Control limitif u(k)10.0 u(k)=10.0