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大学毕业论文-—pid控制系统的设计及仿真matlab.doc
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大学毕业论文-—pid控制系统的设计及仿真matlab.doc
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毕 业 论 文
题 目:PID 控制系统的设计及仿真(MATLAB)
目录
摘 要...........................................................................................................................................................1
Abstract ........................................................................................................................................................2
第一章 绪论.................................................................................................................................................1
1.1 课题意义及来源............................................................................................................................1
1.2 温度控制系统的研究现状............................................................................................................1
1.2.1 工业温度控制发展简介......................................................................................................1
1.2.2 温度微机控制系统控制方案..............................................................................................2
1.3 MATLAB 简介...............................................................................................................................4
第二章 被控对象及控制策略.....................................................................................................................5
2.1 被控对象.........................................................................................................................................5
2.2 控制策略........................................................................................................................................6
2.2.1 比例、积分、微分..............................................................................................................6
2.2.2 P、I、D 控制 ......................................................................................................................8
第三章 PID 最佳调整法与系统仿真.......................................................................................................10
3.1 PID 参数整定法概述 ...................................................................................................................10
3.1.1 PID 参数整定方法 ............................................................................................................10
3.1.2 PID 调整方式 ....................................................................................................................10
3.2 针对无转移函数的 PID 调整法 ..................................................................................................11
3.2.1 Relay feedback 调整法......................................................................................................11
3.2.2 Relay feedback 在计算机做仿真.....................................................................................12
3.2.3 在线调整法........................................................................................................................13
3.2.4 在线调整法在计算机做仿真............................................................................................14
3.3 针对有转移函数的 PID 调整方法 .............................................................................................15
3.3.1 系统辨识法........................................................................................................................15
3.3.2 波德图法及根轨迹法........................................................................................................17
3.4 仿真结果及分析..........................................................................................................................17
总 结.........................................................................................................................................................20
参考文献.....................................................................................................................................................21
致 谢.........................................................................................................................................................22
河西学院本科生毕业设计诚信声明
本人郑重声明:所呈交的本科毕业设计,是本人在指导老师的指
导下,独立进行设计工作所取得的成果,成果不存在知识产权争议,
除文中已经注明引用的内容外,本设计不含任何其他个人或集体已经
发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体
均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本
人承担。
作者签名:
二〇 年 月 日
河西学院本科生毕业论文(设计)开题报告
论文题目
PID 温控系统的设计及仿真(MATLAB)
学生姓名
所属学
院
物理与机电
工程学院
专业
电气工程及
其自动化
年级
08 级
指导教师
所在单
位
河西学院
职称
助教
(研究生)
开题日期
2011.12.20
1.本选题的理论、实际意义
此次所选的课题为基于 MATLAB 的 PID 控制器设计。PID 控制是迄今为止最通用的控制
方法,大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID 控制器(亦称调节器)及其改
进型,因此成为工业过程控制中最为常见的控制器(至今在全世界过程控制中的 84%仍是
纯 PID 调节器,若改进型包含在内则超过 90%)。在 PID 控制器的设计中,参数定是最为重
要的,随着计算机技术的迅速发展,对 PID 参数的整定大多借助于一些先进的软件,例如
目前得到广泛应用的 MATLAB 仿真系统。本设计就是借助此软件,主要运用 Relay-feedback
法,线上综合法和系统辨识法来研究 PID 控制器的设计方法,设计一个应用于实际问题中
的 PID 控制器,并通过 MATLAB 中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。
任何闭环的控制系统都有它固有的特性,可以有很多种数学形式来描述它,如微分方程、
传递函数、状态空间方程等。但这样的系统如果不做任何的系统改造很难达到最佳的控制效
果,比如快速性稳定性准确性等。为了达到最佳的控制效果,我们在闭环系统的中间加入 PID
控制器并通过调整 PID 参数来改造系统的结构特性,使其达到理想的控制效果。
2.本选题的研究动态和自己的见解
PID 调节器从问世至今已历经了半个多世纪,在这几十年中,人们为它的发展和推广做
出了巨大的努力,使之成为工业过程控制中主要的和可靠的技术工具。即使在微处理技术迅
速发展的今天,过程控制中大部分控制规律都未能离开 PID,这充分说明 PID 控制仍具有很
强的生命力。PID 控制中一个至关重要的问题,就是控制器三参数(比例系数、积分时间、
微分时间)的整定。整定的好坏不但会影响到控制质量,而且还会影响到控制器的鲁棒性。
论文的主要内容、基本要求及其主要的研究方法:
本次课题的主要内容是通过对理论知识的学习和理解的基础上,自行设计一个基于
MATLAB 技术的 PID 控制器设计,并能最终将其应用于一项具体的控制过程中。以下为此
次课题的主要内容:
(1) 完成 PID 控制系统及 PID 调节部分的设计
其中包含系统辨识、系统特性图、系统辨识方法的设计和选择。
(2) PID 最佳调整法与系统仿真
其中包含 PID 参数整过程,需要用到的相关方法有:
b.针对有转移函数的 PID 调整方法
主要有系统辨识法以及波德图法及根轨迹法。
(3) 将此次设计过程中完成的 PID 控制器应用的相关的实例中,体现其控制功能(初步
计划为温度控制器)
论文进度安排和采取的主要措施:
三月份:1、对于 MATLAB 的使用方法进行系统的学习和并熟练运用 MATLAB 的运行
环境,争取能够熟练运用 MATLAB。
2、查找关于 PID 控制器的相关资料,了解其感念及组成结构,深入进行理论
分析,并同步学习有关 PID 控制器设计的相关论文,对其使用的设计方法进行学习和研究。
3、查找相关 PID 控制器的应用实例,尤其是温度控制器的实例,以便完成最
终的实际应用环节。
四月份:1、开始对 PID 控制器进行实际的设计和开发,实现在 MATLAB 的环境下设计
PID 控制器的任务。
2、通过仿真实验后,在剩余的时间内完成其与实际工程应用问题的结合,将其
应用到实际应用中(初步计划为温度控制器)。
五月份:1、完成毕业设计定稿。
2、论文打印以及答辩工作地准备。
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