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自动化专业07级

《计算机仿真与MATLAB》课程报告

题目：基于MATLAB/Simulink的PID控制系统的设计与仿真

班级：

姓名：

学号：

2010年6月

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基于MATLAB/Simulink的PID控制系统的设计与仿真

摘要:介绍了基于Ziegler-Nichols整定方法的PID控制器设计,给出了基于MATLAB和

Simulink的实现方法和仿真。仿真结果表明,此算法设计的PID控制器有良好的性能指标。

1控制对象建模

1.1PID控制系统的建模

PID(Proportional，IntegralandDifferemial)控制器是一种基于“过去”，“现在”

和“未来”信息估计的简单算法。常规PID控制系统原理框图如下图所示，系统主要由PID

控制器和被控对象组成。作为一种线性控制器，它根据给定值rin(t)与实际输出值yout(t)

构成控制偏差e(t)，将偏差按比例、积分、和微分通过线性组合构成控制量u(t)，对被控对

象进行控制。

PID控制系统原理图

PID控制器的数学描述为:

其传递函数可表示为:

PID控制器各校正环节的作用如下：

1．比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产

生控制作用，以减少偏差。

2．积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时

间常数Ti，Ti越大，积分作用越弱，反之越强。

3．微分环节：反映偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号变得太大之前，

在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。

从根本上讲，设计PID控制器也就是确定其比例系数Kp、积分系数Ti和微分系数Td,

这三个系数取值的不同，决定了比例、积分和微分作用的强弱。控制系统的整定就是在控制

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系统的结构已经确定、控制仪表和控制对象等处在正常状态的情况下,适当选择控制器的参

数使控制仪表的特性和控制对象的特性相配合,从而使控制系统的运行达到最佳状态,取

得最好的控制效果。本文介绍基于Ziegler-Nichols整定方法的PID控制器设计。

1.2被控对象的建模

在实际的过程控制系统中，有大量的对象模型可以近似地由带有延迟的一阶传递函数模

型来表示，该对象的模型可以表示如下：

如果不能建立起系统的物理模型，可通过试验测取对象模型的阶跃响应，从而得到模型

参数。当然,我们也可在已知对象模型的情况下,由MATLAB通过STEP()函数得到对象

模型的开环阶跃响应曲线。在被控对象的阶跃响应输出信号图(如图所示)中,可获取K、L

和T参数。

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