基于MATLAB技术的PID控制器设计.doc

《MATLAB工程应用》期末考试设计报告 第一章 概述 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） 第二章 调试测试 2.1进度安排和采取的主要措施： 前期：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。 中期：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）。 后期：1、完成设计定稿。 2、打印以及答辩工作地准备。 2.2被控对象及控制策略 2.2.1被控对象 本文的被控对象为某公司生产的型号为 CK-8的电烤箱， 50HZ，总功率为 600W，工作范围为室温 20-250℃。设计目的是要对±1℃内的技术要求。:电加热装置是所以， 电烤箱模型的传递函数为 （2-1） 2-1）中 -对象的静态增益 -对象的时间常数-对象的纯滞后时间 应，然后由阶跃响应曲线确定过程的近似传递函数。具体用科恩-库恩（Cohn-Coon）[8-9]。 给定输入阶跃信号 250℃，用温度计测量电烤箱的温度，每半分钟采一次点，实验 2-1： t(m) 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 温度 T(℃) 20 31 52 78 104 126 148 168 182 198 210 225 238 250 实验测得的烤箱温度数据 Cohn-Coon公式如下： (2-2) △M-系统阶跃输入；C-系统的输出响应 t0.28-对象飞升曲线为0.28C时的时间（分） t0.632-对象飞升曲线为 0.632C时的时间（分） K=0.92, T=144s ,τ =30s 所以电烤箱模型为： 2.2.2 控制策略 将感测与转换输出的讯号与设定值做比较，用输出信号源（2-10V或4-20mA）去控制最终控制组件。在过程实践中，应用最为广泛的是比例积分微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID的问世已有60多年的历史了，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便，而成为工业控制主要和可靠的技术工具[10]。 当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其他设计技术难以使用，系统得到控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID最为方便。即当我们不完全了解系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统的参数的时候，便最适合用PID控制技术。 比例、积分、微分 1.比例 2-1 比例电路 （2-3） 2 积分器 2-2 积分电路 （2-4） 3 微分器 2-3 微分控制电路 （2-5） 实际中也有PI和PD控制器。PID控制器就是根据系统的误差利用比例积分微分计算出控制量，控制器输出和输入（误差）之间的关系在