(完整版)基于MATLAB的PID控制仿真研究毕业论文

2025/7/3 10:53:05

运用模糊推理,即可自动实现对PID参数的最佳调整。

本文正是从这一观点出发,设计出了一种模糊PID控制器,实现对原有PID控制性能的提高。利用MatlabSimulink对其进行仿真,并对模糊PID控制和原PID系统进行对比分析。

经典控制理论概述

经典控制理论即古典控制理论,也称为自动控制理论。它的发展大致经历了萌芽阶段、起步阶段、发展阶段和标志阶段四个过程。

以传递函数作为描述系统的数学模型,以时域分析法、根轨迹法和频域分析法为主要分析、设计工具,构成了经典控制理论的基本框架,为工程技术人员提供了一个设计反馈控制系统的有效工具。到20世纪50年代,经典控制理论发展到相当成熟的地步,形成了相对完整的理论体系,为指导当时的控制工程实践发挥了极大的作用。

经典控制理论主要研究线性定常系统,用于解决反馈控制系统中控制器的分析与设计的问题。如图所示为反馈控制系统的简化原理框图。

反馈控制系统的简化原理框图

经典控制理论的特点是以传递函数为数学工具,本质上是频域方法,主要研究“单输入单输出”(Single-Input Single-output,SISO)线性定常系统的分析与设计,对线性定常系统的研究已经形成相当成熟的理论。典型的经典控制理论包括PID控制、Smith控制、解耦控制和串级控制等。

PID控制规律做为经典控制理论的最大成果之一,由于其原理简单且易于实现,具有一定的自适应性和鲁棒性,对于无时间延时的单回路控制系统很有效,在工业过程控制中仍被广泛采用。目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器(仪表)已经很多,产品已在工程实际中得到了广泛的应用,有各种各样的PID控制器产品,各大公司均开发了具有PID参数

自整定功能的智能调节器(Intelligent Regulator),其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器,能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC),还有可实现PID控制的PC系统等等。

第1章 PID控制的理论基础

1.1 PID控制的相关参数

在单回路控制系统中,由于扰动作用使被控参数偏离给定值,从而产生偏差。自动控制系统的调节单元将来自变送器的测量值与给定值相比较后产生的偏差进行比例(P)、积分(I)、微分(D)运算,并输出统一标准信号,去控制执行机构的动作,以实现对温度、压力、流量、液位及其他工艺参数的自动控制。

被控参数能否回到给定值上来,以及以怎样的途径,经过多长时间回到设定值上来,及控制过程的品质如何,这不仅与对象特性相关,而且还与调节器的特性即调节器的运算规律(或称调节规律)有关。

比例作用P与偏差成正比,积分作用I是偏差对时间的累积,微分作用D是偏差的变化率。自动调节系统中,当干扰出现时,微分D立即起作用,P随偏差的增大而明显起来,两者起克服偏差的作用,使被控量在新值上稳定,此新稳定值与设定值之差叫余差;I随时间增加逐渐增强,直至克服掉余差,使被控量重返设定值上来。

1.1.1 比例(P)控制

比例控制是一种最简单的控制方式,其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。

比例控制作用及时,能迅速反应误差,从而减小稳态误差。但是,比例控制不能消除稳态误差。其调节器用在控制系统中,会使系统出现余差。


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