基于MATLAB的PID控制仿真研究

目錄

摘 要 5

Abstract 6

前 言 7

緒 論 8

經典控制理論概述 8

論文結構安排 9

第1章 PID控制的理論基礎 10

1.1 PID控制的相關參數 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控制參數整定 14

第2章 傳統PID控制 16

2.1 傳統PID系統設計 16

2.2 基于MATLAB/SIMULINK的仿真 17

2.3 傳統PID控制器的參數整定 17

2.4 整定結果及分析 18

第3章 Ziegler-Nichols整定法 21

3.1 系統數學模型的確定 21

3.2 基于時域響應曲線的整定 22

3.3 基于頻域法的整定 24

3.4 Ziegler-Nichols整定法的PID控制器設計舉例 24

3.4.1 已知受控對象傳遞函數為 24

3.4.2 已知受控對象頻域響應參數 26

第4章 模糊PID系統設計 29

4.1 模糊控制系統結構 29

4.2 模糊PID參數自整定原則 30

4.3 模糊PID控制器設計 31

4.3.1 語言變量模糊化 31

4.3.2 各變量隸屬度函數的確定 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構 33

4.4 模糊PID控制系統的仿真 36

4.4.1 建立系統結構仿真框圖 36

4.4.2 仿真結果 39

結 論 40

總結與體會 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)領域中的廣泛應用，及PID控制器的理論基礎以及其對連續(xù)系統性能指標的改善作用。本設計針對目前工業(yè)上常用的兩種PID控制器——傳統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計和仿真。重點研究實現了以誤差和誤差變化率為輸入，利用模糊推理的方法對PID參數的在線自動整定。通過仿真結果可以看出，參數自整定模糊PID控制器控制效果優(yōu)于傳統PID控制器，提高了系統的動靜態(tài)性能。這種混合系統把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)揮了傳統控制與Fuzzy控制的各自長處，易于實現，便于工程應用，具有較強的實際意義，對進一步應用研究具有較大的參考價值。

關鍵詞：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