1、實驗報告課程名稱：控制系統(tǒng)的MATLAB語言與仿真實驗項目：PID控制系統(tǒng)的Simulink仿真分析專業(yè)課：號碼：姓氏：講師：日期：機械工程實驗教學中心注：1。請在實驗前為實驗學生和教師登記實驗儀器設備的使用情況；2.請根據(jù)下面的提綱寫實驗報告，可以繼續(xù)。3、請指導教師根據(jù)五分制(優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格)給出報告結果；4、課程結束后，請將實驗報告提交機械工程實驗教學中心備案。一、實驗的目標和任務1.掌握PID控制規(guī)律和控制器實現(xiàn)。2.掌握建立PID控制器和系統(tǒng)模型的方法，并用Simulink進行仿真。2.實驗原理和方法在模擬控制系統(tǒng)中，PID控制是控制器中最常用的控制律。PID控制器是

2、一種線性控制器，它根據(jù)給定值和實際輸出值形成控制偏差。PID控制律以傳遞函數(shù)的形式寫成其中，是比例系數(shù)；是積分系數(shù)；是微分系數(shù)；是積分時間常數(shù)；是一個微分時間常數(shù)；簡而言之，PID控制中各校正環(huán)節(jié)的功能如下：(1)比例環(huán)節(jié)：按比例反映控制系統(tǒng)的偏差信號。一旦出現(xiàn)偏差，控制器將立即產(chǎn)生控制功能以減少偏差。(2)積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的無誤差程度。積分作用的強度取決于積分時間常數(shù)。積分時間常數(shù)越大，積分作用越弱，反之越強。(3)微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號的變化趨勢(變化率)，可以在偏差信號變得過大之前，給系統(tǒng)引入有效的早期校正信號，從而加快系統(tǒng)的運行速度，減少調(diào)整時間。3、實驗設備(

3、名稱、型號、技術參數(shù)等)計算機，MATLAB軟件4.實驗內(nèi)容(步驟)1.在MATLAB命令窗口中輸入“simulink”進入仿真界面。2.建立PID控制器：(1)創(chuàng)建一個新的Simulink模型窗口(選擇“文件/新建/模型”)，在Simulink庫瀏覽器中將需要的模塊拖入新窗口，根據(jù)PID控制器的傳遞函數(shù)建立如下模型：這些模塊如下：數(shù)學運算模塊庫中的增益模塊，即增益。拖到模型窗口后，雙擊模塊，在彈出的對話框中分別將“增益”更改為“KP”、“ki”和“KD”，以指示三個增益系數(shù)。連續(xù)模塊庫中的集成模塊，是一個集成模塊；導數(shù)模塊，它是一個微分模塊。數(shù)學運算模塊庫中的添加模塊是一個添加模塊。默認值是

4、兩個輸入的相加。雙擊該模塊，在“嘆息列表”框中的兩個加號()后輸入一個加號()，該符號變?yōu)槿齻€加號，表示三個信號的疊加。端口子系統(tǒng)模塊庫中的輸入端口模塊和輸出端口模塊。(2)將上述結構圖封裝到PID控制器中。(1)創(chuàng)建子系統(tǒng)。選擇上述結構圖，然后選擇模型窗口菜單“編輯/創(chuàng)建子系統(tǒng)”(2)包裝。選擇上述子系統(tǒng)模塊，然后選擇模型窗口菜單“編輯/屏蔽子系統(tǒng)”(3)根據(jù)需要，在包裝編輯器對話框中進行一些包裝設置，包括設置包裝文本、對話框、圖標等。該測試主要需要以下設置：圖標項：如下所示，在“繪圖命令”編輯框中輸入顯示(“PID”)左圖：參數(shù)項：創(chuàng)建Kp、Ki、Kd三個參數(shù)，如下圖右圖所示：至此，PID

5、控制器完成。它可以像那些在Simulink中構建的模塊一樣被拖動，或者用于創(chuàng)建其他系統(tǒng)。3.設置單回路系統(tǒng)結構框圖如下圖所示：必需的模塊和設置：源模塊庫中的步驟模塊；接收器模塊庫中的作用域模塊；通用模塊庫中的Mux模塊；連續(xù)模塊庫中的零極點模塊。階躍模塊和零極點模塊設置如下：4.建立系統(tǒng)模型后，可以運行并觀察仿真結果。運行仿真的整個過程分為三個步驟：設置仿真參數(shù)、啟動仿真和分析仿真結果。選擇菜單“仿真/確認參數(shù)”設置仿真時間和算法等參數(shù)，如下圖所示：默認算法為ode45(四/五階龍格-庫塔法)，適用于大多數(shù)連續(xù)或離散系統(tǒng)。5.雙擊PID模塊，可在彈出的對話框中設置PID控制器參數(shù)Kp、Ki、K

6、d:設置參數(shù)后，點擊“模擬/開始”運行模擬，雙擊示波器觀察輸出結果并分析模擬結果。比較以下參數(shù)的結果：(1)Kp=8.5，Ki=5.3，Kd=3.4(2)Kp=6.7，Ki=2，Kd=2.5(3)Kp=4.2，Ki=1.8，Kd=1.76.根據(jù)KP=8.5、Ki=5.3和KD=3.4的數(shù)據(jù)，改變其中一個參數(shù)，固定另外兩個參數(shù)，分別討論KP、Ki和KD的作用。7.分析不同調(diào)節(jié)器下系統(tǒng)的階躍響應曲線(1)壓力調(diào)整Kp=8(2)PI調(diào)節(jié)Kp=5，Ki=2(3)PD調(diào)節(jié)Kp=8.5，Kd=2.5(4)管道儀表流程圖調(diào)整Kp=7.5，Ki=5，Kd=3程序和運行結果如下(1)Kp=8.5，Ki=5.3，

7、Kd=3.42)Kp=6.7，Ki=2，Kd=2.5(3)Kp=4.2，Ki=1.8，Kd=1.76.根據(jù)KP=8.5、Ki=5.3和KD=3.4的數(shù)據(jù)，改變其中一個參數(shù)，固定另外兩個參數(shù)，分別討論KP、Ki和KD的作用。首先改變kp的值，另外兩個保持不變，分成兩組。第一組是值小于8.5的kp，第二組是值大于8.5的kp。這里的值都是任意獲得的，kp1=7.2，kp2=9.4(1) Kp=7.2Ki=5.3，Kd=3.4(2) Kp=9.4，Ki=5.3，Kd=3.4改變ki的值，另外兩個保持不變，分成兩組。第一組是ki值小于5.3，第二組是ki值大于5.3。這里的值是任意獲得的，ki1=4.

8、7，ki2=6.1(3) Kp=8.5，Ki=4.7，Kd=3.4(4) Kp=8.5，Ki=6.1，Kd=3.4改變kd的值，另外兩個保持不變，分成兩組。第一組是kd值小于3.4，第二組是kd值大于3.4。這里的值是任意獲得的，kd1=2.6，kd2=4.7(5) Kp=8.5，Ki=5.3，Kd=2.6(6) Kp=8.5，Ki=5.3，Kd=4.77.分析不同調(diào)節(jié)器下系統(tǒng)的階躍響應曲線(1)壓力調(diào)整Kp=8(2)PI調(diào)節(jié)Kp=5，Ki=2(3)PD調(diào)節(jié)Kp=8.5，Kd=2.5(4)管道儀表流程圖調(diào)整Kp=7.5，Ki=5，Kd=3V.結論總結了PID調(diào)節(jié)的基本特點Pid調(diào)節(jié)分為比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)。Kp是一個比例參數(shù)，主要用于快速調(diào)整誤差。Ki是一個積分參數(shù)，主要用于調(diào)整穩(wěn)態(tài)時間。Kd是一個微分參數(shù)，主要用于預測誤差趨勢和提前修正誤差。隨著KP、Ki和KD的降低，系統(tǒng)的反應速度變慢，超調(diào)量逐漸減小，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間也減少。kd變化的其余兩個值保持不變?？梢钥闯?，隨著kd的增加，過沖變小，振蕩時間變小，調(diào)