PID控制器设计
PID控制器设计及其参数整定
一、绪论PID 参数的整定就是合理的选取PID 三个参数。
从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态误差等方面考虑问题，三参数作用如下：比例调节作用：成比例地反映系统的偏差信号，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生与其成比例的调节作用，以减小偏差。
随着P K 增大，系统的响应速度加快，系统的稳态误差减小，调节应精度越高，但是系统容易产生超调，并且加大P K 只能减小稳态误差，却不能消除稳态误差。
比例调节的显著特点是有差调节。
积分调节作用：消除系统的稳态误差，提高系统的误差度。
积分作用的强弱取决于积分时间常数i T ，i T 越小，积分速度越快，积分作用就越强，系统震荡次数较多。
当然i T 也不能过小。
积分调节的特点是误差调节。
微分调节作用：微分作用参数d T 的作用是改善系统的动态性能，在d T 选择合适情况下，可以减小超调，减小调节时间，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度。
因此，可以改善系统的动态性能，得到比较满意的过渡过程。
微分作用特点是不能单独使用，通常与另外两种调节规律相结合组成PD 或PID 控制器。
二、设计内容1. 设计P 控制器控制器为P 控制器时，改变比例系数p K 大小。
P 控制器的传递函数为：()P P K s G =，改变比例系数p K 大小，得到系统的阶跃响应曲线当K=1时，P当K=10时，PK=50时，当P当P K =100时，p K 超调量σ% 峰值时间p T 上升时间r T 稳定时间s T 稳态误差ss e 1 49.8044 0.5582 0.2702 3.7870 0.9615 10 56.5638 0.5809 0.1229 3.6983 0.7143 50 66.4205 0.3317 0.1689 3.6652 0.3333 10070.71480.25060.07443.64100.2002仿真结果表明：随着P K 值的增大，系统响应超调量加大，动作灵敏，系统的响应速度加快。
PID控制器的参数整定及优化设计
PID控制器的参数整定及优化设计PID控制器是一种广泛应用于工业控制系统中的控制算法。
它的主要作用是根据被控对象的输入信号和输出信号之间的差异来调节控制器的输出信号，从而使被控对象的输出稳定在期望值附近。
而参数整定和优化设计是保证PID控制器能够正常工作和发挥最佳性能的关键。
参数整定是指根据被控对象的特性，选择合适的PID控制器参数，以确保系统的稳定性和快速响应。
参数整定一般分为两个步骤：初步参数整定和精细参数整定。
初步参数整定是通过经验法则或试验方法找到一个较为接近的参数组合，使得系统的响应能够满足基本需求。
常用的初步参数整定方法有：1.经验法则：根据被控对象的特性（如惯性、时滞等）选择经验的比例、积分和微分系数，并根据经验法则进行组合，如经验法则（1/4、1/2、1/8）。
2. Ziegler-Nichols方法：通过改变比例系数和积分时间来观察系统的响应特性，并根据一些准则选择合适的参数。
这种方法包括震荡法、临界比例法和临界周期法。
精细参数整定是通过对系统进行细致的分析和调整，以得到更加理想的控制性能。
常用的精细参数整定方法有：1.调整比例系数：增大比例系数可以提高系统的响应速度，但过大的比例系数可能导致系统震荡。
减小比例系数可以减小震荡，但会降低系统的响应速度。
2.调整积分时间：增大积分时间可以减小系统的静差，但过大的积分时间可能导致系统过冲或震荡。
3.调整微分时间：增大微分时间可以提高系统的稳定性，但过大的微分时间可能导致系统的噪声放大。
4.频率响应法：通过对系统的频率响应进行分析，计算出合适的PID 参数。
5.理论模型方法：通过建立系统的数学模型，采用现代控制理论方法进行参数整定。
优化设计是指对PID控制器的参数进行进一步调整，以满足系统优化的性能指标。
常用的优化设计方法有：1.最小二乘法：通过最小化控制误差的平方和来优化PID控制器的参数。
2.遗传算法：通过模拟自然进化的过程，利用种群中的个体进行参数和优化。
基于PID的温度控制系统设计
基于PID的温度控制系统设计PID（比例-积分-微分）控制系统是一种常见的温度控制方法。
它通过测量实际温度和设定温度之间的差异，并相应调整加热器或冷却器的输出来控制温度。
在本文中，将介绍PID控制系统的基本原理、设计步骤和实施细节，以实现一个基于PID的温度控制系统。
一、基本原理PID控制系统是一种反馈控制系统，其核心思想是将实际温度值与设定温度值进行比较，并根据差异进行调整。
PID控制器由三个部分组成：比例控制器（P），积分控制器（I）和微分控制器（D）。
比例控制器（P）：根据实际温度与设定温度之间的差异，产生一个与该差异成正比的输出量。
比例控制器的作用是与误差成正比，以减小温度偏差。
积分控制器（I）：积分控制器是一个与误差积分成比例的系统。
它通过将误差累加起来来减小持续存在的静态误差。
积分控制器的作用是消除稳态误差，对于不稳定的温度系统非常有效。
微分控制器（D）：微分控制器根据温度变化速率对输出进行调整。
它通过计算误差的变化率来预测未来的误差，并相应地调整控制器的输出。
微分控制器的作用是使温度系统更加稳定，减小温度变化速率。
二、设计步骤1.系统建模：根据实际温度控制系统的特点建立数学模型。
这可以通过使用控制理论或系统辨识技术来完成。
将得到的模型表示为一个差分方程，包含输入（控制输入）和输出（测量温度）。
2.参数调整：PID控制器有三个参数：比例增益（Kp）、积分时间（Ti）和微分时间（Td）。
通过试验和调整，找到最佳的参数组合，以使系统能够快速稳定地响应温度变化。
3.控制算法：根据系统模型和参数，计算控制器的输出。
控制器的输出应是一个与实际温度偏差有关的控制信号，通过改变加热器或冷却器的输入来调整温度。
4.硬件实施：将控制算法实施到硬件平台上。
这可以通过使用微控制器或其他可编程控制器来实现。
将传感器（用于测量实际温度）和执行器（用于控制加热器或冷却器）与控制器连接起来。
5.调试和测试：在实际应用中，进行系统调试和测试。
PID控制器的参数整定及优化设计
PID控制器的参数整定及优化设计PID控制器的参数整定一般包括三个部分：比例增益（Proportional Gain），积分时间（Integral Time）和微分时间（Derivative Time）。
这些参数的选择直接影响到控制系统的稳定性和响应速度。
首先，比例增益决定了输入量和误差之间的线性关系，过大的比例增益会导致系统过冲和震荡，而过小的比例增益则会导致响应速度慢。
通常情况下，可以通过试探法或经验法来选择一个适当的比例增益值，再根据实际应用中的需求进行微调。
其次，积分时间决定了积分作用对系统稳态误差的补偿能力，即消除系统的偏差。
过大的积分时间会导致系统响应迟缓和过调，而过小的积分时间则不能有效地消除稳态误差。
一种常用的方法是通过Ziegler-Nichols方法或Chien-Hrones-Reswick方法来确定适当的积分时间。
最后，微分时间决定了微分作用对系统输出量变化率的补偿能力，即消除系统的震荡。
过大的微分时间可能会导致系统过调和震荡，而过小的微分时间则不能有效地补偿系统的变化率。
一般可以通过试探法或经验法来选择一个合适的微分时间值，再根据实际情况进行调整。
除了参数整定，优化设计也是提高PID控制器性能的关键。
常见的优化方法包括模型优化、校正和自适应控制。
模型优化是指根据系统的建模结果，对PID控制器的参数进行优化。
可以通过系统的频域响应或时域响应等方法，确定最佳的参数取值。
校正是通过实时监测系统的输出值和理论值的差异，对PID控制器的参数进行在线调整。
自适应控制是指根据系统的实时状态变化，自动调整PID控制器的参数，使其能够适应不同的工作条件。
综上所述，PID控制器的参数整定及优化设计是提高控制系统性能的重要步骤。
通过适当选择比例增益、积分时间和微分时间，并利用模型优化、校正和自适应控制等方法，可以使PID控制器在不同的工作条件下具有更好的响应速度、稳定性和鲁棒性。
模糊PID控制器设计及MATLAB仿真_李健
图 1 模糊 PID 控制结构图
PID 参 数 模 糊 自 整 定 是 先 找 出 PID 控 制 器 的 3 个 参 数 Kp、 Ki 和 Kd 与偏差 e 和偏差变化率 ec 之间的模糊关系， 在运行中 通过不断检测 e 和 ec，根据模糊控制规则来对 3 个参量进行在
线修改 ，以 满 足 不 同 e 和 ec 对 控 制 器 参 数 的 不 同 要 求 ，从 而 使
起较大的超调 。 微 分 系 数 Kd 影 响 系 统 的 动 态 特 性 ，Kd 越 大 ，越
能抑制偏差变化，但过大会延长调节时间，降低抗干扰能力。
根 据 参 数 Kp、Ki、Kd 对 系 统 输 出 特 性 的 影 响 情 况 ，可 归 纳 出 系统在被控过程中对于不同的偏差和偏差变化率 ， 参数 Kp、Ki、 Kd 的自整定原则：
摘要 将模糊控制器和 PID 控制器结合在一起，构造了一个模糊 PID 控制器，利用模糊推理的方法调整 PID 控制器的参数， 并利用 MATLAB 的 SUMLINK 工具箱，对系统进行仿真，仿真结果表明模糊 PID 控制器能使系统达到满意的控制效果。 关键词：PID 控制器，模糊控制，MATLAB，SIMULINK，系统仿真
1．3 模糊控制算法的确立
PID 参数的整定必须考虑到在不同时刻 3 个参数的作 用 以
及相互之间的互联关系。 模糊自整定 PID 是在 PID 算法的基础
上通过计算当前系统误差 e 和误差变化 ec，利用模糊规则 进 行
模糊推理，查询模糊矩阵表进行参数调整。 参数修正公式：
＇
Kp ＝Kp ＋（e，ec）p
被控对象具有良好的动、静态性能。
1．2 PID 控制器的确立
通常，PID 控制器的控制算式为：
PID温度控制的PLC程序设计
PID温度控制的PLC程序设计PID（比例-积分-微分）温度控制是一种常用的控制方法，可以通过PLC（可编程逻辑控制器）实现。
本文将详细介绍PID温度控制的PLC程序设计过程。
1.确定控制系统需求：首先要确定所需的控制系统的基本要求，包括控制温度范围、精度要求、控制方式等。
2.确定传感器和执行机构：选择合适的温度传感器和执行机构，例如热电偶或热电阻作为温度传感器，控制阀门或加热器作为执行机构。
3.确定控制算法：PID控制算法是一种经典的温度控制方法，可在PLC中实现。
PID控制算法由比例、积分和微分三个参数组成，可以通过自整定或手动调整获得最佳参数值。
4.确定控制模式：根据实际需求，选择合适的控制模式，比如开环控制、闭环控制或自适应控制。
对于温度控制，一般采用闭环控制。
5. PLC软件设计：根据控制系统需求和算法确定的参数，设计PLC 软件。
PLC软件可以使用Ladder Diagram（梯形图）或Function Block Diagram（功能块图）等语言编程。
下面是一个基本的PID温度控制的PLC程序设计示例（以Ladder Diagram为例）：```ladder====主程序====-，----[]----[]----[]----()PID----[]----]----[]----[]----，[]----温度输入设置温度温度差系数K----[+]=--------]--------]-----------温度设定温度差积分控制值----[/K]------]--------------------------[]----------------[+]=---------控制值累计量----[]----[]----[]----()KpKiKd```上述Ladder Diagram中，PID控制算法的三个参数Kp、Ki和Kd通过输入设置，通过调整这些参数可以改善控制系统的响应速度和稳定性。
《MATLAB控制系统仿真》PID控制系统校正设计
《MATLAB控制系统仿真》PID控制系统校正设计引言1.PID校正装置PID校正装置也称为PID控制器或PID调节器。
这里P，I，D分别表示比例、积分、微分,它是最早发展起来的控制方式之一。
2.PID校正装置的主要优点原理简单，应用方便，参数整定灵活。
适用性强，在不同生产行业或领域都有广泛应用。
鲁棒性强，控制品质对受控对象的变化不太敏感，如受控对象受外界扰动时，无需经常改变控制器的参数或结构。
在科学技术迅速发展的今天，出现了许多新的控制方法，但PID由于其自身的的优点仍然在工业过程控制中得到最广泛的应用。
PID控制系统校正设计1.设计目的1.1 熟悉常规PID控制器的设计方法1.2掌握PID参数的调节规律1.3学习编写程序求系统的动态性能指标2.实验内容2.1在SIMULINK窗口建立方框图结构模型。
2.2设计PID控制器，传递函数模型如下。
()⎪⎭⎫⎝⎛++=s T s T k s G d i p c 112.3修改PID 参数p K 、i T 和d T ，讨论参数对系统的影响。
3.4利用稳定边界法对PID 参数p K 、i T 和d T 校正设计。
2.5根据PID 参数p K 、i T 和d T 对系统的影响，调节PID 参数实现系统的超调量小于10%。
3. 实验操作过程3.1在SIMULINK 窗口建立模型图1 设计模型方框图3.2设计PID 控制器图2 PID控制器模型3.3利用稳定边界法对PID参数p K、i T和d T校正设计: 表1 PID稳定边界参数值校正后的响应曲线图3（a）校正后的响应曲线图3（b）校正后的响应曲线3.4调节PID参数实现系统的超调量小于10%:表2 PID 参数图4 响应曲线图4.规律总结1.P控制规律控制及时但不能消除余差,I控制规律能消除余差但控制不及时且一般不单独使用,D控制规律控制很及时但存在余差且不能单独使用。
2.比例系数越小，过渡过程越平缓，稳态误差越大;反之，过渡过程振荡越激烈，稳态误差越小;若p K过大，则可能导致发散振荡。
离散控制系统中的PID控制器设计
离散控制系统中的PID控制器设计PID控制器是一种常用的控制器，广泛应用于离散控制系统中。
它是由比例项（P项）、积分项（I项）和微分项（D项）三个部分组成的，通过对系统的反馈信号进行处理，以使得系统响应更加稳定和准确。
在离散控制系统中，PID控制器的设计十分关键。
合理地设置PID 参数是实现良好控制效果的关键。
下面将基于离散控制系统中的PID 控制器设计，详细讨论PID参数的选择方法与调整策略。
一、PID参数的选择方法PID控制器的性能取决于其参数的选择，而PID参数的选择可以采用以下几种常用的方法：1. 经验法：根据经验公式或者实际应用中的调试经验，直接选取PID参数。
由于经验法灵活性较大，但不够科学，容易导致控制效果不理想。
2. Ziegler-Nichols方法：该方法基于系统的频域特性进行参数的调整，步骤较为简单。
首先，将控制器的I、D项参数设为0，只保留P 项；然后逐步增加P项增益，直至系统产生持续性振荡；最后按照振荡周期调整P、I、D项参数。
3. 优化算法：如遗传算法、粒子群算法等，通过优化算法求解PID 参数的最优取值。
该方法需要有系统的数学模型作为基础，且需要足够多的计算资源支持。
以上是几种常用的PID参数选择方法，不同的方法适用于不同的情况。
在具体选择过程中，需要从实际需求和系统特点出发，综合考虑，选择适合的方法。
二、PID参数的调整策略PID参数的调整是为了使得控制系统更加稳定和准确，常用的调整策略包括参数整定法和自整定法两种：1. 参数整定法：该方法是根据系统的动态性能指标，通过试探和修正的方式进行PID参数的调整。
常用的动态性能指标包括超调量、调整时间、稳态误差等。
根据实验结果，逐步修正PID参数，直至满足系统的性能要求。
2. 自整定法：自整定法是指采用自适应控制算法，通过系统自身的响应来动态调整PID参数。
常用的自整定算法有基于模型的自整定方法、经验模型自调整控制（EMC）方法等。
模糊PID控制原理与设计步骤
模糊PID控制原理与设计步骤模糊PID控制（Fuzzy PID control）是在PID控制基础上引入了模糊逻辑的一种控制方法。
相比传统的PID控制，模糊PID控制能够更好地适应系统的非线性、时变和不确定性等特点，提高系统的性能和鲁棒性。
设计步骤：1.确定系统的模型和控制目标：首先需要对待控制的系统进行建模，确定系统的数学模型，包括系统的输入、输出和动态特性等。
同时，需要明确控制目标，即系统应达到的期望状态或性能指标。
2.设计模糊控制器的输入和输出变量：根据系统的特性和控制目标，确定模糊控制器的输入和输出变量。
输入变量通常为系统的误差、误差变化率和累积误差，输出变量为控制力。
3.确定模糊集和模糊规则：对于每个输入和输出变量，需要确定其模糊集和模糊规则。
模糊集用于将实际变量映射为模糊集合，如“大、中、小”等；模糊规则用于描述输入变量与输出变量之间的关系，通常采用IF-THEN形式，如“IF误差大AND误差变化率中THEN控制力小”。
4.编写模糊推理和模糊控制算法：根据确定的模糊集和模糊规则，编写模糊推理和模糊控制算法。
模糊推理算法用于根据输入变量和模糊规则进行推理，生成模糊的输出变量；模糊控制算法用于将模糊的输出变量转化为具体的控制力。
5.调试和优化：根据系统的实际情况，调试和优化模糊PID控制器的参数。
可以通过试错法或专家经验等方式对模糊集、模糊规则和模糊函数等进行调整，以达到较好的控制效果。
6.实施和验证：将调试完成的模糊PID控制器应用到实际系统中，并进行验证。
通过监控系统的实际输出和期望输出，对模糊PID控制器的性能进行评估和调整。
总结：模糊PID控制是一种将模糊逻辑引入PID控制的方法，能够有效地提高系统的性能和鲁棒性。
设计模糊PID控制器的步骤主要包括确定系统模型和控制目标、设计模糊控制器的输入输出变量、确定模糊集和模糊规则、编写模糊推理和模糊控制算法、调试和优化以及实施和验证。
通过这些步骤，可以设计出较为优化的模糊PID控制器来实现系统的控制。
PID控制器参数整定设计方案
PID控制器参数整定设计方案1.确定控制目标和性能要求首先，需要明确控制系统的目标和性能要求。
例如，控制对象是一个温度系统，控制目标是将系统稳定在设定温度，并且要求系统快速响应、无超调、无稳态误差等。
根据这些要求，可以进一步确定适当的控制器参数范围。
2.初始参数设定根据经验或理论推导，可以先设定一个初始的PID参数。
比如，将比例系数Kp设置为0.1，积分时间Ti设置为10，微分时间Td设置为0。
这只是一个初始值，后续会通过试控和调整来优化参数。
3.试控将设定值输入到控制系统中，观察系统响应，并记录下时间响应曲线、超调量和稳态误差等指标。
通过试控可以初步了解系统的动态特性以及初始参数的合理性。
4. Ziegler-Nichols整定法根据试控结果，可以运用Ziegler-Nichols整定法对PID参数进行初步调整。
该方法通过试控系统，并观察系统的临界点，从而确定比例增益临界点Ku和临界周期Tu。
根据Ku和Tu可以计算出合适的比例系数Kp、积分时间Ti和微分时间Td。
a. 按照Ziegler-Nichols整定法的规则，可以将Kp设置为Ku/2，将Ti设置为0.5*Tu，将Td设置为0.125*Tu。
b.通过修改参数后，再次进行试控，并观察系统响应指标，如超调量和稳态误差。
5.积分时间调整根据试控结果，调整积分时间Ti。
如果系统存在较大的超调量，可以适当增大积分时间；如果系统存在稳态误差，可以适当减小积分时间。
进行参数调整后，再次试控，观察系统指标。
6.微分时间调整根据试控结果，调整微分时间Td。
如果系统存在振荡或超调量过大的问题，可以试图增大微分时间；如果系统响应过慢或存在过度补偿问题，可以适当减小微分时间。
再次进行试控，观察指标。
7.参数精细调整通过多次试控和参数调整，逐步优化PID参数。
可以根据实际情况，对比试控结果，逐步调整比例系数Kp、积分时间Ti和微分时间Td。
一般来说，需要经过多轮试控和参数调整，才能达到最优控制效果。
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实用标准PID控制器设计一、PID控制的基本原理和常用形式及数学模型具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称PID控制器。
这种组合具有三种基本规律各自的特点，其运动方程为：m(t) e(t)K p K i tK p K dde(t)e(t)dt (1-1)K p0dt 相应的传递函数为：G c (s)K p1KiK dSSKpKi S2Kd S1(1-2)SPID控制的结构图为：若4 1，式（1-2）可以写成：TiGc(s)1S12S 1 KPKi S由此可见，当利用PID控制器进行串联校正时，除可使系统的型别提高一级外，还将提供两个负实零点。
与PI控制器相比，PID控制器除了同样具有提高系统的稳态性能的优点外，还多提供一个负实零点，从而在提高系统动态性能方面，具有更大的优越性。
因此，在工业过程控制系统中，广泛使用PID控制器。
PID控制器各部分参数的选择，在系统现场调试中最后确定。
通常，应使积分部分发生在系统频率特性的低频段，以提高系统的稳态性能；而使微分部分发生在系统频率特性的中频段，以改善系统的动态性能。
文案大全实用标准二、实验内容一：自己选定一个具体的控制对象(Plant)，分别用P、PD、PI、PID几种控制方式设计校正网络（Compensators），手工调试P、I、D各个参数，使闭环系统的阶跃响应（ResponsetoStepCommand）尽可能地好（稳定性、快速性、准确性）控制对象(Plant) 的数学模型：1G(S)0.5S 1S 12S23S 2实验1中，我使用MATLAB软件中的Simulink调试和编程调试相结合的方法不加任何串联校正的系统阶跃响应：（1）P控制方式：P控制方式只是在前向通道上加上比例环节，相当于增大了系统的开环增益，减小了系统的稳态误差，减小了系统的阻尼，从而增大了系统的超调量和振荡性。
P控制方式的系统结构图如下：取Kp=1至15，步长为1，进行循环测试系统，将不同Kp下的阶跃响应曲线绘制在一张坐标图下：文案大全实用标准MATLAB源程序：%对于P控制的编程实现clear;d=[2];n=[132];t=[0:0.01:10];forKp=1:1:15d1=Kp*d;g0=tf(d1,n);g=feedback(g0,1);y=step(g,t);plot(t,y);ifishold~=1,holdon,endendgrid由实验曲线可以看出，随着Kp值的增大，系统的稳态误差逐渐减小，稳态性能得到很好的改善，但是，Kp的增大，使系统的超调量同时增加，系统的动态性能变差，稳定性下降。
这就是P控制的一般规律。
由于曲线过于密集，我将程序稍做修改，使其仅仅显示出当系统稳态误差小于10%的最小Kp值，并算出此时系统的稳态值和超调量。
新的程序为：%修改后对于 P控制的编程实现clear;d=[2];n=[132];文案大全实用标准t=[0:0.01:10];forKp=1:1:15d1=Kp*d;g0=tf(d1,n);g=feedback(g0,1);y=step(g,t);plot(t,y);dc=dcgain(g)ifdc>0.9,plot(t,y),disp(Kp),disp(dc),break,end;% 显示出稳态误差小于10%的最小Kp值，并算出稳态值ifishold~=1,holdon,endendgridKp=10时系统的阶跃响应曲线我们就采用使系统稳态误差小于10%的最小Kp值10，并计算出此时系统的超调量为34.6%，稳态误差为1-0.9091=0.0909 。
这些结果是我们能接受的。
(2)PD控制方式PD控制方式是在P控制的基础上增加了微分环节，由图可见，系统的输出量同时受到误差信号及其速率的双重作用。
因而，比例—微分控制是一种早期控制，可在出现误差位置前，提前产生修正作用，从而达到改善系统性能的目的。
控制系统的传递函数为：2KpKdS 2Kp2S 3S 2文案大全实用标准PD控制框图保持Kp=10不变，调试取Kd=1、1.5、2时的系统阶跃响应曲线并与P控制做比较：MATLAB源程序为：%编程实现 PD控制与P控制的比较clear;t=[0:0.01:10];d0=[20];n=[132];s0=tf(d0,n);s=feedback(s0,1);k=step(s,t);plot(t,k);Kp=10;ifishold~=1,holdon,end;forKd=1:0.5:2d=[2*Kd*Kp,2*Kp];g0=tf(d,n);g=feedback(g0,1);y=step(g,t);plot(t,y);文案大全实用标准ifishold~=1,holdon,endendendgrid由实验曲线可以得知，在比例控制的基础上增加微分控制并不会影响系统的稳态误差，而增大微分常数Kd可以有效的减小系统的超调量和调节时间，在不影响系统的稳态性能的基础上改善了系统的动态性能。
微分控制部分相当于增大了系统的阻尼，所以可以选用较大的开环增益来改善系统的动态性能和系统的稳态精度。
在MATLAB中用循环语句实现不同Kp和Kd值下系统阶跃响应曲线：由此曲线可以看出：当使Kp和Kd值趋于无穷大时，系统的动态性能和稳态性能都得到非常理想的结果，超调量— >0,调节时间—>0，稳态误差—>0,但实际的物理系统中Kp和Kd 的值都受到一定的确限制，不可能想取多大就能取多大，所以上面的曲线并没有多大的实际意义，只是说明了PD控制所能达到的最理想状态和PD控制中的参数选择对阶跃响应曲线的影响。
用MATLAB编程实现，源程序如下：%编程实现 PD控制clear;t=[0:0.01:10];n=[132];forKp=10:100:110forKd=2:100:102d=[2*Kd*Kp,2*Kp];g0=tf(d,n);g=feedback(g0,1);文案大全实用标准y=step(g,t);plot(t,y);ifishold~=1,holdon,endendendgrid（3）PI控制PI控制是在P控制基础上增加了积分环节，提高了系统的型别，从而能减小系统的稳态误差。
因为单纯使用增大Kp的方法来减小稳态误差的同时会使系统的超调量增大，破坏了系统的平稳性，而积分环节的引入可以与P控制合作来消除上述的副作用，至于积分环节对系统的准确的影响将通过实验给出结论。
PI控制的结构图为：2KpS 2KpKi系统的开环传递函数为：S(S2 3S2)将PI控制与P控制的系统阶跃响应曲线进行比较：初步印象：上图的初步印象是PI控制中系统的稳态误差显著减小，但是系统的超调量和平稳性并文案大全实用标准没有得到改善，而增大积分环节中的增益Ki则会使系统的超调量增加，系统的震荡加剧，从而破坏了系统的动态性能。
参数选择方法：根据上面的分析，要使系统各项性能尽可能的好，只有一边增大Ki加快系统消除稳态误差的时间，一边减小Kp来改善系统的动态性能。
但是在用MATLAB仿真时发现，如果Ki取值过大就会使系统不稳定，为了说明问题，我将展示在Ki取1—4时系统的根轨迹图：可以发现，当Ki小于四时，无论Kp取何值系统都是稳定的，但是当Ki=4时，就有一部分根轨迹在S又半平面内，此时系统不稳定，这在我们确定PI控制参数时是要加以考虑的。
经过反复的手工调试，基本可以确定Ki可以选定在1~3范围之内，而Kp可以选定在0.6~2范围之内。
下面我将展示一下当Ki分别取0.5、1、2、3时不同Kp值下系统的阶跃响应图与MATLAB相应源程序：%编程实现 PD控制clear;t=[0:0.01:10];n=[1320];Ki=0.5forKp=0.6:0.2:2d=[2*Kp,2*Ki*Kp];g0=tf(d,n);g=feedback(g0,1);文案大全实用标准y=step(g,t);plot(t,y);ifishold~=1,holdon,endendgridKi=0.5 时不同Kp值下系统的阶跃响应图Ki=1时不同Kp值下系统的阶跃响应图文案大全实用标准Ki=2时不同Kp值下系统的阶跃响应图：Ki=3时不同Kp值下系统的阶跃响应图：由上面四幅图片可以看出选取Ki=1时系统的阶跃响应曲线比较好，在满足稳态精度的要求下系统的动态性能相对来说比较好，而在Ki=1的阶跃响应图中选择Kp=1.4时的系统阶跃响应曲线，则此时Kp=1.4,Ki=1,系统的开环传递函数为：G(S) 2.8S 2.8S33S22S前面，我们如此费事的寻找PI控制参数，但确定下来的系统阶跃响应的动态性能的快速性文案大全仍然不能很好的满足要求，上升时间和峰值时间比较长，系统的反应偏慢，这些都是PI控制的局限性。
下面隆重推出PID控制方式，来更好的实现对系统的控制，在此，也就是出现更好的系统阶跃响应曲线。
（4）PID控制PID控制方式结合了比例积分微分三种控制方式的优点和特性，在更大的程度上改善系统各方面的性能，最大程度的使闭环系统的阶跃响应尽可能地最好（稳、快、准）。
PID控制器的传递函数为：K p(K d S2SK i)G c(S)S加上PID控制后的系统开环传递函数为：2K p K d S22K p S2K p K iG(S)S3 3S22S系统的结构图为：现在要调整的参数有三个：Kp、Kd、Ki这样，增益扫描会更加复杂，这是因为比例、微分和积分控制动作之间有更多的相互作用。
一般来说，PID控制中的Ki；与PI控制器的设计相同，但是为了满足超调量和上升时间这两个性能指标，比例增益Kp和微分增益Kd应同时调节：文案大全尽管曲线过于密集，但是从PD控制总结的一般规律来看，超调量最大的那一族曲线所对应的Kd值最小，所以，我们选择Kd=0.2、0.3、0.4三组曲线族分开观察阶跃响应曲线：Ki=1,Kd=0.2,Kp=1 —10Ki=1,Kd=0.3,Kp=1 —10文案大全实用标准Ki=1,Kd=0.4,Kp=1 —10从三组曲线图可以看出，增大Kd可以有利于加快系统的响应速度，使系统超调量减小，稳定性增加，同时增大Kp可以进一步加快系统的响应速度，使系统更快速。
PID控制器虽然在复杂性上有所增加，但同另外三种控制器相比大大改善了系统的性能。
综上所述，选择 Ki=1，Kp=10，Kd=0.3时系统各方面性能都能令人满意，所以可以作为PID 控制参数。
（5）实验内容一的总结实验内容一从 P控制一直到 PID控制，仿真的效果可以看出系统的性能越来越好，可以发现PID控制所起的作用，不是P、I、D三种作用的简单叠加，而是三种作用的相互促进。
增大比例系数 P一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。