基于MATLAB的PID控制仿真研究

目錄

摘 要 5

Abstract 6

前 言 7

緒 論 8

經(jīng)典控制理論概述 8

論文結(jié)構(gòu)安排 9

第1章 PID控制的理論基礎(chǔ) 10

1.1 PID控制的相關(guān)參數(shù) 10

1.1.1 比例(P)控制 10

1.1.2 積分(I)控制 11

1.1.3 微分(D)控制 11

1.2 常見控制器 11

1.2.1 比例控制器P 12

1.2.2 比例積分控制器PI 12

1.2.3 比例微分控制器PD 13

1.2.4 比例積分微分控制器PID 13

1.3 PID控制參數(shù)整定 14

第2章 傳統(tǒng)PID控制 16

2.1 傳統(tǒng)PID系統(tǒng)設(shè)計 16

2.2 基于MATLAB/SIMULINK的仿真 17

2.3 傳統(tǒng)PID控制器的參數(shù)整定 17

2.4 整定結(jié)果及分析 18

第3章 Ziegler-Nichols整定法 21

3.1 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的確定 21

3.2 基于時域響應(yīng)曲線的整定 22

3.3 基于頻域法的整定 24

3.4 Ziegler-Nichols整定法的PID控制器設(shè)計舉例 24

3.4.1 已知受控對象傳遞函數(shù)為 24

3.4.2 已知受控對象頻域響應(yīng)參數(shù) 26

第4章 模糊PID系統(tǒng)設(shè)計 29

4.1 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 29

4.2 模糊PID參數(shù)自整定原則 30

4.3 模糊PID控制器設(shè)計 31

4.3.1 語言變量模糊化 31

4.3.2 各變量隸屬度函數(shù)的確定 31

4.3.3 建立模糊規(guī)則表 32

4.3.4 確定模糊控制器的類型和結(jié)構(gòu) 33

4.4 模糊PID控制系統(tǒng)的仿真 36

4.4.1 建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仿真框圖 36

4.4.2 仿真結(jié)果 39

結(jié) 論 40

總結(jié)與體會 42

致 謝 43

參考文獻 44

附 錄 46

附錄一 英文原文 46

附錄二 中文翻譯 53

摘 要

本文簡要介紹了PID控制器在工業(yè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，及PID控制器的理論基礎(chǔ)以及其對連續(xù)系統(tǒng)性能指標的改善作用。本設(shè)計針對目前工業(yè)上常用的兩種PID控制器——傳統(tǒng)PID控制器和模糊PID控制器，在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下分別對兩種控制器進行了設(shè)計和仿真。重點研究實現(xiàn)了以誤差和誤差變化率為輸入，利用模糊推理的方法對PID參數(shù)的在線自動整定。通過仿真結(jié)果可以看出，參數(shù)自整定模糊PID控制器控制效果優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制器，提高了系統(tǒng)的動靜態(tài)性能。這種混合系統(tǒng)把PID控制的簡便性與Fuzzy控制的靈活性以及魯棒性融為一體，發(fā)揮了傳統(tǒng)控制與Fuzzy控制的各自長處，易于實現(xiàn)，便于工程應(yīng)用，具有較強的實際意義，對進一步應(yīng)用研究具有較大的參考價值。

關(guān)鍵詞：PID控制，模糊PID，Ziegler-Nichols整定，MATLAB，仿真

Abstract

In this paper, it briefly introduces the wide applications of PID controllers to different industrial sectors, it also discusses the basic principles of PID control and the effectiveness of PID to a continuous process. Two kinds of popular PID controllers have been not only studied, they are conventional and fuzzy PID controllers, but also designed and simulated with MATLAB/SIMULINK. Error and error change are taken as inputs, we pay attention to a fuzzy inference method is utilized to realize automatic regulating PID parameters. Through the simulation, we can see that fuzzy PID controller with self-adjusting parameters is superior to traditional PID controller and it can improve the dynamic and static properties of the control system. This mixing system combines with convenience of PID control and flexibleness and robustness of fuzzy control. It makes good use of respective advantages of traditional control and fuzzy control,  easily realized and applied in engineering, and has a strong practical significance and a high reference value for further applications.

Keywords：PID control Fuzzy PID Ziegler-Nichols tuning MATLAB Simulation