毕业设计---基于MATLAB的PID控制器设计
基于matlab的pid控制仿真课程设计
这篇文章是关于基于Matlab的PID控制仿真课程设计的，主要内容包括PID控制的基本原理、Matlab的应用、课程设计的目的和意义、课程设计的具体步骤和具体操作步骤。
文章采用客观正式的语气，结构合理，旨在解释基于Matlab的PID控制仿真课程设计的重要性和实施方法。
1. 简介PID控制是一种常见的控制算法，由比例项（P）、积分项（I）和微分项（D）组成，可以根据被控对象的实际输出与期望输出的偏差来调整控制器的输出，从而实现对被控对象的精确控制。
Matlab是一种强大的数学建模与仿真软件，广泛应用于工程领域，尤其在控制系统设计和仿真方面具有独特优势。
2. PID控制的基本原理PID控制算法根据被控对象的实际输出与期望输出的偏差来调整控制器的输出。
具体来说，比例项根据偏差的大小直接调整输出，积分项根据偏差的积累情况调整输出，微分项根据偏差的变化速度调整输出。
三者综合起来，可以实现对被控对象的精确控制。
3. Matlab在PID控制中的应用Matlab提供了丰富的工具箱，其中包括控制系统工具箱，可以方便地进行PID控制算法的设计、仿真和调试。
利用Matlab，可以快速建立被控对象的数学模型，设计PID控制器，并进行系统的仿真和性能分析，为工程实践提供重要支持。
4. 课程设计的目的和意义基于Matlab的PID控制仿真课程设计，旨在帮助学生深入理解PID控制算法的原理和实现方法，掌握Matlab在控制系统设计中的应用技能，提高学生的工程实践能力和创新思维。
5. 课程设计的具体步骤（1）理论学习：学生首先需要学习PID控制算法的基本原理和Matlab在控制系统设计中的应用知识，包括控制系统的建模、PID控制器的设计原理、Matlab的控制系统工具箱的基本使用方法等。
（2）案例分析：学生根据教师提供的PID控制实例，在Matlab环境下进行仿真分析，了解PID控制算法的具体应用场景和性能指标。
（3）课程设计任务：学生根据所学知识，选择一个具体的控制对象，如温度控制系统、水位控制系统等，利用Matlab建立其数学模型，设计PID控制器，并进行系统的仿真和性能分析。
基于MATLAB的PID控制器设计资料
基于MATLAB的PID控制器设计资料PID控制器是一种经典控制器，可用于控制各种线性和非线性系统。
本文将介绍基于MATLAB的PID控制器的设计资料。
首先，我们需要了解PID控制器的工作原理。
PID控制器由三个主要组成部分组成：比例（P）项、积分（I）项和微分（D）项。
比例项根据目标值和实际输出之间的误差进行控制；积分项对误差进行积分，以消除累积的误差；微分项根据误差的变化率来调整控制输出。
在MATLAB中，我们可以使用pid函数来设计PID控制器。
pid函数的基本用法如下：```matlabKp=1;%比例增益Ki=1;%积分增益Kd=1;%微分增益controller = pid(Kp, Ki, Kd); % 创建PID控制器对象```要使用PID控制器，我们需要知道系统的传递函数或状态空间模型。
传递函数模型可以通过tf函数表示，状态空间模型可以通过ss函数表示。
```matlabs = tf('s');H=1/(s^2+2*s+1);%创建传递函数模型```接下来，我们可以使用feedback函数将PID控制器与系统模型相连，并进行闭环控制。
```matlabsys = feedback(controller*H, 1); % 创建闭环系统模型```通过对PID控制器参数的调整，我们可以实现系统的稳定性、快速响应和抗干扰性。
使用MATLAB的pidTuner工具箱可以帮助我们自动调整PID控制器的参数。
另外，MATLAB还提供了一些其他用于控制系统设计和分析的函数，例如step函数用于绘制系统的阶跃响应曲线，bode函数用于绘制系统的频率响应曲线。
```matlabstep(sys); % 绘制系统的阶跃响应曲线bode(sys); % 绘制系统的频率响应曲线```以上是基于MATLAB的PID控制器设计的一些基本资料。
在实际应用中，还有很多高级技术和方法可以用于更精确地设计和调整PID控制器。
基于MATLAB的模糊PID控制器的设计
基于MATLAB的模糊PID控制器的设计模糊PID控制器是一种常用的控制算法，可以解决传统PID控制器在非线性系统中效果不佳的问题。
在MATLAB中，可以使用fuzzylogic工具箱来设计模糊PID控制器。
模糊PID控制器的设计过程分为三个步骤：建立模糊系统、设计控制器和性能评估。
接下来，设计模糊PID控制器。
在MATLAB中，可以使用fuzzy工具箱提供的mamdani和sugeno两种模糊控制器类型。
其中，mamdani模糊控制器基于模糊规则的if-then逻辑，而sugeno模糊控制器使用模糊规则来计算模糊输出。
根据系统的具体需求，可以选择合适的模糊控制器类型，并设置相应的参数。
同时，可以使用模糊控制器设计工具来对模糊控制器进行优化和调整。
最后，对设计的模糊PID控制器进行性能评估。
在MATLAB中，可以使用模拟仿真工具对模糊PID控制器进行测试和评估。
具体方法是将模糊PID控制器与待控制的系统进行耦合，观察系统的响应和控制效果，并评估其性能和稳定性。
可以通过调整模糊PID控制器的参数和模糊规则来改善控制效果。
总之，基于MATLAB的模糊PID控制器设计包括建立模糊系统、设计控制器和性能评估三个步骤。
通过合理设置模糊输入、模糊输出和模糊规则，可以有效地解决非线性系统的控制问题。
同时，利用MATLAB提供的模糊控制器设计工具和性能评估工具，可以对模糊PID控制器进行优化和改进，以达到更好的控制效果和稳定性。
基于MATLAB的PID控制器设计
基于MATLAB的PID控制器设计PID控制器是一种常见的反馈控制器，广泛应用于工业控制系统中。
它通过测量被控变量与目标值之间的差异，根据比例、积分和微分三个参数对控制输入进行调整，以实现对系统的稳定性、精度和响应速度的控制。
MATLAB是一个功能强大的数学计算软件，提供了丰富的工具和功能，可以方便地进行PID控制器设计。
下面将介绍基于MATLAB的PID控制器设计步骤和方法。
1.确定被控对象：首先需要确定需要控制的对象，即被控变量。
可以是温度、速度、位置等物理变量。
2.建立数学模型：在进行PID控制器设计之前，需要建立被控对象的数学模型。
可以使用系统辨识方法或根据物理原理进行建模。
3.设计PID控制器：PID控制器由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个参数组成。
这些参数的合理选择对于控制器性能的好坏至关重要。
a.比例参数P：控制器输出的比例与误差的关系决定了控制器的灵敏度。
通过调整P参数的大小可以实现控制系统的稳定性和响应速度之间的折衷。
b.积分参数I：控制器积分误差的能力可以用来补偿系统误差和消除静态误差。
但是过大的积分参数可能导致系统震荡。
c.微分参数D：微分参数用来预测系统的变化趋势，通过减小过度调整和减少超调现象。
PID控制器的输出可以表示为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t)为控制器的输出信号，e(t)为目标值与被控变量之间的差异，Kp、Ki、Kd为比例、积分和微分参数。
4. 参数调整：PID控制器的性能取决于参数的选择和调整。
在MATLAB中，可以使用PID Tuner工具进行参数调整。
该工具可以自动化地对PID参数进行优化，以达到系统的最佳稳定性和性能。
5.控制器实现：设计好PID控制器后，需要将其应用于实际控制系统中。
在MATLAB中，可以使用控制系统工具箱提供的函数和命令来实现控制器的设计和实现。
总结而言，基于MATLAB的PID控制器设计可以通过确定被控对象、建立数学模型、设计PID控制器、参数调整和控制器实现等步骤来完成。
基于MATLAB的PID-控制器设计
基于MATLAB的PID 控制器设计基于MATLAB的PID 控制器设计一、PID控制简介PID控制是最早发展起来的经典控制策略, 是用于过程控制最有效的策略之一。
由于其原理简单、技术成，在实际应用中较易于整定, 在工业控制中得到了广泛的应用。
它最大的优点是不需了解被控对象精确的数学模型,只需在线根据系统误差及误差的变化率等简单参数, 经过经验进行调节器参数在线整定, 即可取得满意的结果, 具有很大的适应性和灵活性。
积分作用:可以减少稳态误差, 但另一方面也容易导致积分饱和, 使系统的超调量增大。
微分作用:可提高系统的响应速度, 但其对高频干扰特别敏感, 甚至会导致系统失稳。
所以, 正确计算控制器的参数, 有效合理地实现PID控制器的设计,对于PID 控制器在过程控制中的广泛应用具有重要的理论和现实意义。
在PID控制系统中, PID控制器分别对误差信号e（t）进行比例、积分与微分运算, 其结果的加权和构成系统的控制信号u（t），送给对象模型加以控制。
PID控制器的数学描述为其传递函数可表示为: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T i 和微分系数T d , 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。
二、MATLAB的Ziegler-Nichols算法PID控制器设计。
1、PID控制器的Ziegler-Nichols参数整定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一阶模型来表示。
这个对象模型可以表示为sL-esT1KG(s)+=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, 利用MATLAB，通过使用step ( ) 函数得到对象模型的开环阶跃响应曲线。
matlab实验四基于Matlab的PID控制器实验
实验四 基于Matlab 的PID 控制器实验一、实验目的1、掌握使用MATLAB 进行根轨迹法的控制系统设计2、掌握使用MATLAB 进行Bode 图法的系统的控制系统设计3、掌握使用MATLAB 进行PID 控制器设计 二、实验内容和要求1. 实验内容（1）练习MATLAB6.5或以上版本（2）练习掌握MATLAB 进行控制系统的设计 2. 实验要求：每位学生独立完成。
三、实验主要仪器设备和材料装有MATLAB6.5或以上版本的PC 机一台。
四、实验方法、步骤及结果测试1． 实验方法：上机练习。
2．实验步骤：（1）根据如图二阶系统，其中，0.7,0.5/n rad s ζω==，当有一阶跃信号作用于系统时，试计算特征量r p s p t t t σ、、、。
程序源代码： Wn=0.5; Rr=0.7; numo=[Wn^2];deno=conv([1,0],[1,2*Wn*Rr]); [num,den]=cloop(numo,deno,-1); G=tf(num,den); step(G); [Y ,T] =step(G)；[pos,tp,tr,ts2]=stepchar(Y,T);pos =4.7092tp =8.8343tr =4.2594ts2 =11.8317其中stepchar函数如下function [pos,tp,tr,ts2]=stepchar(y,t)%find pos and tp%返回阶跃响应输出y列向量的最大值mp及对应下标值ind [mp,ind]=max(y);%求取时间向量的长度dimtdimt=length(t);%确定最终的稳定值yssyss=y(dimt);pos=100*(mp-yss)/yss;tp=t(ind);% find rise time tr%确定输出为0.1时的时刻i=1;j=1;k=1;q=1;while y(i)<0.1i=i+1;endt1=t(i);%确定输出为0.9时的时刻 while y(j)<0.9 j=j+1; end t2=t(j); tr=t2-t1; % find ts2 i=dimt+1; n=0; while n==0 i=i-1; if i==1 n=1; elseif y(i)>=1.02 n=1; end endt1=t(i);i=dimt+1;n=0; while n==0 i=i-1; if y(i)<=0.98 n=1; end t2=t(i); if t1>t2 ts2=t1; else ts2=t2; end end（2）设被控对象的传递函数为0()(1)(0.51)kG s s s s =++试其设计要求：1v K s -=10，相角裕度为50度，幅值裕度为10dB ，试确定一个校正装置，以满足性能指标。
基于matlab的pid控制器设计
基于Matlab的PID控制器设计引言PID控制器是一种常用的闭环控制器，可以通过调整控制系统的输出，使其迅速、准确地响应给定的参考输入。
在Matlab中，我们可以利用其强大的控制系统工具箱来设计和实现PID控制器。
本文将详细介绍基于Matlab的PID控制器设计的步骤和方法，并结合示例演示其应用。
PID控制器概述什么是PID控制器PID控制器是一种比例-积分-微分控制器，可以通过对误差信号的比例、积分和微分操作来调整控制系统的输出。
其中，比例项负责反馈控制误差，积分项用于消除静态误差，微分项则用于抑制振荡和提高系统的响应速度。
PID控制器的基本原理PID控制器的输出由以下三个部分组成： - 比例项：比例项与控制误差成正比，生成一个与误差成比例的控制信号。
- 积分项：积分项计算误差的积分累加值，用于消除控制系统的静态误差。
- 微分项：微分项计算误差的导数，用于抑制振荡和提高系统的响应速度。
PID控制器的输出计算公式如下：u(t) = K_p \cdot e(t) + K_i \cdot \int e(t) \, dt + K_d \cdot \frac{de(t)}{dt}其中，u(t)为控制器的输出，K_p、K_i、K_d分别为比例、积分和微分增益，e(t)为控制误差。
基于Matlab的PID控制器设计步骤1. 系统建模在设计PID控制器之前，我们首先需要对控制系统进行建模。
使用Matlab的控制系统工具箱，可以通过输入系统的传递函数或状态空间模型来进行建模。
示例：建模一个二阶惯性系统我们以一个简单的二阶惯性系统为例，其传递函数为：G(s) = \frac{1}{s^2 + 2s + 1}在Matlab中，我们可以使用tf函数来定义系统的传递函数模型：s = tf('s');G = 1/(s^2 + 2*s + 1);2. 设计PID控制器设计PID控制器的关键是选择合适的增益参数。
基于MATLAB仿真的PID控制器设计毕业设计
基于MATLAB仿真的PID控制器设计摘要本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。
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常见的控制器 (至今在全世界过程控制中用的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，参数整定是最为重要的,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，设计一个温控系统的PID控制器，并通过MA TLAB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。
关键词：PID参数整定；PID控制器；MATLAB仿真；冷却机；Design of PID Controller based on MATLABAbstractThis paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller. Pid control is the most common control method up until now; the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation. Pid controller (claim regulator also) and its second generation so become the most common controllers in the industry process control (so far, about 84% of the controller being used is the pure pid controller, it’ll exceed 90% if the second generation included). Pid parameter setting is most important in pid controller designing, and with the rapid development of the computer technology, it mostly recurs to some advanced software, for example, mat lab simulation software widely used now. this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid controller design method, design a pid controller of temperature control system and observe the output waveform while input step signal through virtual oscilloscope after system completed.Keywords: PID parameter setting ；PID controller；MATLAB simulation；cooling machine目录摘要 (I)ABSTRACT......................................................................................................................................... I I 第一章绪论. (2)1.1课题来源及PID控制简介 (2)1.1.1 课题的来源和意义 (2)1.1.2 PID控制简介 (2)1.2国内外研究现状及MATLAB简介 (4)第二章控制系统及PID调节 (6)2.1控制系统构成 (6)2.2PID控制 (7)2.2.1 比例、积分、微分 (7)2.2.2 Ｐ、Ｉ、Ｄ控制 (9)第三章系统辨识 (11)3.1系统辨识 (11)3.2系统特性图 (13)3.3系统辨识方法 (13)第四章PID最佳调整法与系统仿真 ................................................. 错误!未定义书签。
基于matlab的pid控制器设计
基于matlab的pid控制器设计一、PID控制器的介绍PID控制器是工业控制领域中常用的控制器之一，也是最常见、最基础的控制器之一。
PID全称为Proportional-Integral-Differential，即比例-积分-微分控制器。
该控制器通过对目标系统的输入量进行比例、积分、微分处理，从而提高目标系统的稳定性和响应速度。
二、控制器设计的前提在进行PID控制器的设计之前，需要对被控对象的数学模型有一定的了解，包括传递函数和状态方程等。
同时，在PID控制器的设计过程中要有清晰的控制目标，比如控制系统的稳态误差、系统的响应速度等等。
三、基于MATLAB的PID控制器设计MATLAB是一个功能强大的数学计算软件，也是工程控制领域中常用的分析工具。
在MATLAB中，我们可以利用内置的PID工具箱来进行PID控制器的设计。
1. 设计PID控制器实际上，在MATLAB中设计PID控制器只需一行代码即可完成：>> C = pid(kp, ki, kd);其中，kp、ki、kd分别代表比例系数、积分系数和微分系数。
我们可以根据PID控制的要求来调整这些参数以获得最好的性能。
2. 仿真PID控制器在设计了PID控制器之后，我们需要将其嵌入到目标系统中进行仿真。
首先，我们要对被控对象进行建模，可以采用MATLAB提供的SIMULINK工具。
接着，将PID控制器与被控对象进行连接，并进行仿真。
>> sim('pid_controller');最后，我们可以通过结果分析工具来评估PID控制器在目标系统上的表现情况，从而进行参数调整和优化。
四、参考文献1. Skogestad, S. (2003). PID control: developments and directions. IEEE Control Systems Magazine, 23(2), 57-67.2. Astrom, K. J., & Hagglund, T. (1995). PID controllers: theory, design,and tuning. Instrument Society of America.3. Ljung, L. (1999). System identification: Theory for the user. Prentice-Hall.。
基于MATLAB的PID控制器设计
基于MATLAB的PID 控制器设计基于MATLAB的PID 控制器设计一、PID控制简介PID控制是最早发展起来的经典控制策略, 是用于过程控制最有效的策略之一。
由于其原理简单、技术成，在实际应用中较易于整定, 在工业控制中得到了广泛的应用。
它最大的优点是不需了解被控对象精确的数学模型,只需在线根据系统误差及误差的变化率等简单参数, 经过经验进行调节器参数在线整定, 即可取得满意的结果, 具有很大的适应性和灵活性。
积分作用:可以减少稳态误差, 但另一方面也容易导致积分饱和, 使系统的超调量增大。
微分作用:可提高系统的响应速度, 但其对高频干扰特别敏感, 甚至会导致系统失稳。
所以, 正确计算控制器的参数, 有效合理地实现PID控制器的设计,对于PID 控制器在过程控制中的广泛应用具有重要的理论和现实意义。
在PID控制系统中, PID控制器分别对误差信号e（t）进行比例、积分与微分运算, 其结果的加权和构成系统的控制信号u（t），送给对象模型加以控制。
PID控制器的数学描述为其传递函数可表示为: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T i 和微分系数T d , 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。
二、MATLAB的Ziegler-Nichols算法PID控制器设计。
1、PID控制器的Ziegler-Nichols参数整定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一阶模型来表示。
这个对象模型可以表示为sL-esT1KG(s)+=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, 利用MATLAB，通过使用step ( ) 函数得到对象模型的开环阶跃响应曲线。
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基于MATLAB的PID控制器设计摘要本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。
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常见的控制器 (至今在全世界过程控制中用的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，参数整定是最为重要的,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，设计一个温控系统的PID控制器，并通过MA TLAB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。
关键词：PID参数整定；PID控制器；MATLAB仿真；冷却机；Design of PID Controller based on MATLABAbstractThis paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller. Pid control is the most common control method up until now; the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation. Pid controller (claim regulator also) and its second generation so become the most common controllers in the industry process control (so far, about 84% of the controller being used is the pure pid c ontroller, it’ll exceed 90% if the second generation included). Pid parameter setting is most important in pid controller designing, and with the rapid development of the computer technology, it mostly recurs to some advanced software, for example, mat lab simulation software widely used now. this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid controller design method, design a pid controller of temperature control system and observe the output waveform while input step signal through virtual oscilloscope after system completed.Keywords: PID parameter setting ；PID controller；MATLAB simulation；cooling machine目录摘要 (I)ABSTRACT......................................................................................................................................... I I 第一章绪论. (1)1.1课题来源及PID控制简介 (1)1.1.1 课题的来源和意义 (1)1.1.2 PID控制简介 (1)1.2国内外研究现状及MATLAB简介 (3)第二章控制系统及PID调节 (5)2.1控制系统构成 (5)2.2PID控制 (5)2.2.1 比例、积分、微分 (5)2.2.2 Ｐ、Ｉ、Ｄ控制 (7)第三章系统辨识 (9)3.1系统辨识 (9)3.2系统特性图 (10)3.3系统辨识方法 (11)第四章PID最佳调整法与系统仿真 (13)4.1PID参数整定法概述 (13)4.2针对无转移函数的PID调整法 (14)4.2.1 RELAY FEEDBACK调整法 (14)4.2.2 RELAY FEEDBACK在计算机做仿真 (14)4.2.3 在线调整法 (16)4.2.4 在线调整法在计算机做仿真 (17)4.3针对有转移函数的PID调整方法 (18)4.3.1 系统辨识法 (18)4.3.2 波德图法及根轨迹法 (20)第五章油冷却机系统的PID控制器设计 (21)5.1油冷却机系统 (21)5.1.1 油冷却机 (21)5.1.2 感测与转换器 (22)5.1.3 控制组件 (23)5.2油冷却机系统之系统辨识 (24)5.3油冷却机系统的PID参数整定 (26)结论 (32)致谢 (33)参考文献 (34)第一章绪论1.1课题来源及PID控制简介1.1.1课题的来源和意义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。
1.1.2PID控制简介当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。
反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。
测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。
这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统，PID （比例- 积分- 微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50 多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。
PID 控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。
PID 控制器由比例单元（P ）、积分单元（I ）和微分单元（D ）组成。
其输入e (t) 与输出u (t) 的关系为公式（1-1）公式（1-1）因此它的传递函数为公式（1-2）公式（1-2）比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。
积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。
因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一个常值。
积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小,积分作用就越强。
反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。
积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。
微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。
因此,可以改善系统的动态性能。
在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。
微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。
此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。
微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。
PID控制器由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp ， Ki 和Kd ）即可。
在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。
首先，PID应用范围广。
虽然很多控制过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。
其次，PID参数较易整定。
也就是，PID参数Kp，Ki和Kd可以根据过程的动态特性及时整定。
如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID 参数就可以重新整定。
第三，PID控制器在实践中也不断的得到改进，下面两个改进的例子，在工厂，总是能看到许多回路都处于手动状态，原因是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。
由于这些不足，采用PID 的工业控制系统总是受产品质量、安全、产量和能源浪费等问题的困扰。
PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。
现在，自动整定或自身整定的PID控制器已是商业单回路控制器和分散控制系统的一个标准。
在一些情况下针对特定的系统设计的PID控制器控制得很好，但它们仍存在一些问题需要解决：如果自整定要以模型为基础，为了PID参数的重新整定在线寻找和保持好过程模型是较难的。
闭环工作时，要求在过程中插入一个测试信号。
这个方法会引起扰动，所以基于模型的PID 参数自整定在工业应用不是太好。
如果自整定是基于控制律的，经常难以把由负载干扰引起的影响和过程动态特性变化引起的影响区分开来，因此受到干扰的影响控制器会产生超调，产生一个不必要的自适应转换。
另外，由于基于控制律的系统没有成熟的稳定性分析方法，参数整定可靠与否存在很多问题。
因此，许多自身整定参数的PID控制器经常工作在自动整定模式而不是连续的自身整定模式。
自动整定通常是指根据开环状态确定的简单过程模型自动计算PID 参数。
但仍不可否认PID 也有其固有的缺点：PID 在控制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂过程时，工作地不是太好。
最重要的是，如果PID 控制器不能控制复杂过程，无论怎么调参数都没用。
虽然有这些缺点，PID控制器是最简单的有时却是最好的控制器。
1.2国内外研究现状及MATLAB简介PID控制中最重要的是对其参数的控制，所以当今国内外PID控制技术的研究主要是围绕如何对其参数整定进行的。
自Ziegler和Nichols提出PID参数整定方法起，有许多技术已经被用于PID控制器的手动和自动整定.根据发展阶段的划分，可分为常规PID参数整定方法及智能PID参数整定方法；按照被控对象个数来划分，可分为单变量PID参数整定方法及多变量PID参数整定方法，前者包括现有大多数整定方法，后者是最近研究的热点及难点；按控制量的组合形式来划分，可分为线性PID参数整定方法及非线性PID参数整定方法，前者用于经典PID 调节器，后者用于由非线性跟踪-微分器和非线性组合方式生成的非线性PID控制器。