1、PID控制课程设计PID控制课程设计大 连 海 事 大 学课 程 设 计课程控制工程软件课程设计题目 离散系统的数字PID控制仿真 院系信息科学技术学院 专业班级 自动化一班 学生姓名 张亚婷 学生学号 2220XX2511 指导教师 徐慧朴20XX年 1月 13日大连海事大学课程设计任务书课程控制工程软件课程设计题目离散系统的数字PID控制仿真专业自动化一班姓名 张亚婷学号2220XX2511 主要内容：控制对象G(s)523500s310470s为采样时间为1ms，针对离散系统的阶跃信号、正弦信号和方波信号的位置响应，设计离散的位置式PID控制器。其中S为信号选择变量，并对控制器的输出进行
2、进行限幅：-10,-10。 基本要求：设计可视化窗口实现；系统输入信号可选择，完成对PID参数，系统阶次的调节；显示误差大小；完成全系统的详细分析设计报告。 参考资料：1郑阿奇，曹戈.MATLAB实用教程M.北京：电子工业出版社2 网上查找离散系统的PID参数调节相关资料完成时间 学生 指导教师 专业负责人20XX年1月 13 日目录1设计要求 . - 1 - 2方案设计 . - 1 -设计思路 . - 1 - 总体方案方框图 . - 1 - 基本原理 . - 2 - 3位置式PID算法及其仿真 . 3位置式PID算法原理 . 3 不同输入下的仿真界面结果显示 . 6 4增量式PID算法及其仿
3、真 . 7增量式PID算法原理 . 7 不同输入下的仿真界面结果显示 . 8 5调节PID参数得到最优解 . 10 6位置式PID和增量式PID比较 . 12 7 总结 . 13系统设计报告程序以及注释见附录开始 读取给定值r(k) 计算偏差e(k)=r(k)-y(k) 计算u(k)kpx(1)kix(2)kdx(3) 存u(k)以备输出 参数传递e(k1)e(k2)e(k)e(k1)返回 不同输入下的界面仿真显示S=1时阶跃输入- 8 -系统设计报告S=2方波输入时S=3正弦输入时- 9 -系统设计报告5.调节PID控制器参数得到最优解比例控制：就是对偏差进行控制，偏差一旦产生，控制器立即就
4、发生作用即调节控制输出，使被控量朝着减小偏差的方向变化，偏差减小的速度取决于比例系数Kp， Kp越大偏差减小的越快，但是很容易引起振荡，尤其是在迟滞环节比较大的情况下，Kp减小，发生振荡的可能性减小但是调节速度变慢。但单纯的比例控制存在静差不能消除的缺点。这里就需要积分控制。积分控制：实质上就是对偏差累积进行控制，直至偏差为零。积分控制作用始终施加指向给定值的作用力，有利于消除静差，其效果不仅与偏差大小有关，而且还与偏差持续的时间有关。简单来说就是把偏差积累起来，一起来运算。 微分控制：它能敏感出误差的变化趋势,可在误差信号出现之前就起到修正误差的作用,有利于提高输出响应的快速性,减小被控量的
5、超调和增加系统的稳定性。但微分作用很容易放大高频噪声,降低系统的信噪比,从而使系统抑制干扰的能力下降。因此，在实际应用中，应慎用微分控制。调节的过程中首先使得积分和微分系数为0，首先调节比例系数，得到临界震荡的- 10 -系统设计报告Kp，再调节Ki大到小调节，消除静差，最后调节Kd，减小调节时间，最后得到最优的控制器参数，其误差不一定最小。 以下为阶跃输入下调节的最优参数 位置式增量式- 11 -系统设计报告6.位置式PID和增量式PID的比较整体图形用户界面如下所示：位置式PID控制算法的缺点：当前采样时刻的输出与过去的各个状态有关，计算时要对e(k)即误差进行累加，运算量大；而且控制器的
6、输出u(k)对应的是执行机构的实际位置，如果计算机出现故 障，u(k)的大幅度变化会引起执行机构位置的大幅度变化。增量式PID是数字控制器的输出只是控制量的增量u(k)。采用增量式算法时，计算机输出的控制量u(k)对应的是本次执行机构位置的增量，而不是对应执行机构的实际位置，因此要求执行机构必须具有对控制量增量的累积功能，才能完成对被控对象的控制操作。增量式算法优点：算式中不需要累加。控制增量u(k)的确定仅与最近3次的采样值有关，容易通过加权处理获得比较好的控制效果；计算机每次只输出控制增量，即对应执行机构位置的变化量，故机器发生故障时影响范围小、不会严重影响生产过程；手动自动切换时冲击小。
7、当控制从手动向自动切换时，可以作到无扰动切换。- 12 -系统设计报告7 总结1.就实现要求的用户图形界面来说，设计整体布局，以及实现需要的功能需要的图形对象面板工具常用控件的选择，虽然选择是比较自的，方式也是多样的，第一次做位置式时我选择了一组按钮，来切换输入信号。在做第二种增量式时，希望得到更多的方式或者学到不同常用控件的实用方法，我选择了设定一组单选按钮，用了两种语句来实现，一种是ifelse语句，一种是switch语句，两种方法都可以实现单选按钮的功能。2.就PID控制系统而言，除了自动控制原理课堂上的，通过这次课程设计对于PID有了更加深刻的认识，对于其在矫正系统功能方面有了更加系统
8、的认知，也进一步揭开了其常被应用的面纱。3.离散系统的分析源自于连续系统的离散，首先进行离散化z变换，知道了位置式和增量式的区别最重要的在于位置式的变化和之前的每一个时刻都有关系，而增量式的只和最近三次的增量有关系。4.这个课程设计锻炼了我的思考和查阅资料的能力。- 13 -系统设计报告系统设计报告大连海事大学课程设计成绩评价表课程名称 题目名称 学生姓名 序号 张亚婷 评价项目 工作量、工作态度和出勤率 学号 控制工程软件课程设计 离散系统的数字PID控制仿真 2220XX2511 指导教 师姓名 徐慧朴 职称 满分 指标 按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，
9、遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。 课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。 工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。 实验方法、结果正确，能正确回答指导教师所提出的问题。 评分 1 20 2 课程设计质量与总结报告 40 3 创新 5 4 总分 实践与答辩 35 评语： 指导教师：年 月 日- 23 -系统设计报告- 24 -大 连 海 事 大 学课 程 设 计课程控制工程软件课程设计题目 离散系统的数字PID控制仿真 院系信息科学技术学院 专业班级 自动化一班 学生姓名 张亚婷 学生学号 2220XX
10、2511 指导教师 徐慧朴20XX年 1月 13日大连海事大学课程设计任务书课程控制工程软件课程设计题目离散系统的数字PID控制仿真专业自动化一班姓名 张亚婷学号2220XX2511 主要内容：控制对象G(s)523500s310470s为采样时间为1ms，针对离散系统的阶跃信号、正弦信号和方波信号的位置响应，设计离散的位置式PID控制器。其中S为信号选择变量，并对控制器的输出进行进行限幅：-10,-10。 基本要求：设计可视化窗口实现；系统输入信号可选择，完成对PID参数，系统阶次的调节；显示误差大小；完成全系统的详细分析设计报告。 参考资料：1郑阿奇，曹戈.MATLAB实用教程M.北京：电子工业出版社2 网上查找离散系统的PID参数调节相关资料完成时间 学生 指导教师 专业负责人20XX年1月 13 日目录1设计要求 . - 1 - 2方案设计 . - 1 -设计思路 . - 1 - 总体方案方框图 . - 1 - 基本原理 . - 2 - 3位置式PID算法及其仿真 . 3位置式PID算法原理 . 3 不同输入下的仿真界面结果显示 . 6 4增量式PID算法及其仿真 . 7增量式PID算法原理 . 7 不同输入下的仿真界面结果显示 . 8 5调节PID参数得到最优解 . 10 6位置式PID和增量式PID比较 . 12 7 总结 . 13
