PID控制系统的Simulink仿真分析

实验报告

课程名称：MATLAB语言与控制系统仿真

实验项目：fID控制系统的Simulink仿真分析—专业班级：学号: 姓名:

指导教师：

日期:

机械工程实验教学中心

注：1、请实验学生及指导教师实验前做实验仪器设备使用登记； 2 、请各位学生大致按照以下提纲撰写实验报告，可续页；

3 、请指导教师按五分制(优、良、中、及格、不及格)给出报告成绩; 4

、课程结束后，请将该实验报告上交机械工程实验教学中心存档。

、实验目的和任务

1 .掌握PID 控制规律及控制器实现。

2?掌握用Simulink 建立PID 控制器及构建系统模型与仿真方法。 、实验原理和方法

种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差。 PID 控制规律写成传递

函数的形式为

K

式中，K P 为比例系数；K i 为积分系数；K d 为微分系数；T i

-为积分时间常数; K i

K

T d 」为微分时间常数；简单来说，PID 控制各校正环节的作用如下:

K p

(1) 比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号， 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T ，T i 越大，积分作用越弱，反之则越强。

(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

在模拟控制系统中，控制器中最常用的控制规律是

PID 控制。PID 控制器是 G(s)

E(s) U(s)

K p (1

1 T i S

T d S) K p

Ki s

节时间。

三、实验使用仪器设备（名称、型号、技术参数等）

计算机、MATLA软件

四、实验内容（步骤）

1、在MATLAB^令窗口中输入“ simulink ”进入仿真界面。

2、构建PID 控制器：（1）新建Simulink 模型窗口（选择“ File/New/Model ”）,

在Simulink Library Browser中将需要的模块拖动到新建的窗口中，根据PID控制器的传递函数构建出如下模型：

各模块如下：

Math Operations 模块库中的Gain模块，它是增益。拖到模型窗口中后，双击

模块，在弹出的对话框中将‘ Gain '分别改为‘ Kp'、‘ Ki'、‘ Kd',表示这三个增益系数。

Continuous 模块库中的Integrator 模块，它是积分模块；Derivative 模块，它

是微分模块。

Math Operations 模块库中的Add模块，它是加法模块，默认是两个输入相加，

双击该模块，将‘ List of Sig ns '框中的两个加号（++）后输入一个加号（+），这样就改为了三个加号，用来表示三个信号的叠加。

Ports & Subsystems模块库中的In1模块（输入端口模块）和Out1模块（输出

端口模块）

（2）将上述结构图封装成PID 控制器。

① 创建子系统。选中上述结构图后 再选择模型 窗口菜 单“ Edit/Creat

Subsystem ”

② 圭寸装。选中上述子系统模块，再选择模型窗口菜单“Edit/Mask Subsystem "

③ 根据需要，在封装编辑器对话框中进行一些封装设置， 包括设置封装文本、

对话框、图标等。本次试验主要需进行以下几项设置：

Icon （图标）项:“Drawing commands‘ 编辑框中输入“ disp （ 'PID '）”，如 下 左图示：Parameters （参数）项：创建Kp,Ki,Kd 三个参数，如下右图示: 我 editor :Subsystem

CorTirnand port_la.liel (libel Ep?ci fic ports)

Syntax portjabelCoutput 1,1,邓

| Visible

-

Transpare ncy

looaaue

-Examples of drawing commands

Icon options Frame Icon

Parameters

Initialization Dacumentation

Drawing commands dispCFir )

Unmask

OK

Cancel

Helip

嗽

Mask editor :Subsystem

icon

Parameters Initialization

Documentation

Options for selected parameter

Popups (one per line): In dialog: Showparai Enable par

Dialog

______

callback: 1

二

Unmask OK Cancel

Help

Apply

至此，PID 控制器便构建完成，它可以像Simulink 自带的那些模块一样，进行拖拉, 或用于创建其它系统

3、搭建一单回路系统结构框图如下图所示:

Prompt Variable

Type

Evaluate Tunable

kp kp

edit

a E

1 ki

ki

edit

￥

kd

kd

edit

▼

17

[7

列凶

AJ AJ

r Dialog parameters

■ zhangling2

所需模块及设置：Sources模块库中Step模块；Sinks模块库中的Scope模块；Commonly Used Blocks 模块库中的Mux模块；Continuous 模块库中的Zero-Pole 模块。Step模块和Zero-Pole模块设置如下：

? Block Para mete rsj Step L 名

Outpil t 3.

? 二nterpret vector parameters as 1-D

Enable zero crossing detection

OK I Cancel I Hein