基于MATLAB的数字PID控制器设计及仿真分析

基于基于MATLABMATLAB的数字的数字PIDPID控制器设计及仿真分析控制器设计及仿真分析 摘摘 要要 PID控制作为历史最为悠久，生命力最强的控制方式一直在生产过程自动化控制中发挥着巨大的作 用。PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛用于过 程控制和运动控制中。数字PID控制算法是将模拟PID离散化而得到的，各参数有着明显的物理意义，而 且调整方便，所以PID控制器很受工程技术人员的喜爱。 本论文主要实现基于MATLAB的数字PID控制器设计及仿真。首先介绍了传统的模拟PID控制方法，包 括比例控制方法、比例积分控制方法、比例积分微分控制方法等。接下来，介绍了数字PID控制。随着 时代的发展，科技的进步，传统的模拟PID控制方法不能满足人们的需求，数字PID控制的改进算法也便 随之而来。本文最后，应用MATLAB软件，在实验的环境下实现了其设计及仿真。 本次毕业设计用来完成数字 PID 控制器的设计，并通过 MATLAB 实现其仿真同时加以分析。通过查 阅文献得知，与传统模拟 PID 控制器相比较，该控制器具有良好的灵活性，而且可得到精确的数学模型。 另外，基于 MATLAB 的数字 PID 控制器设计及仿真，充分的利用了 MATLAB 的实验环境，整个设计验证了 数字 PID 的广泛可实现性及准确性。 关键词关键词：PID 控制；模拟 PID 控制器；数字 PID 控制器；MATLAB 仿真； Design and simulation analysis of Digital PID Controller MATLAB-based Abstract As the most age-old and powerful control mode, PID control always has had a great effect on the automatic control of the production process. PID control is one of the first developed control strategy, because of the simple algorithm， great robust and high reliability, it is widely used in process control and motor control. Digital PID control algorithm is gotten by discreting the analog PID control, and the parameters have obvious physical meaning and facility adjustment, so PID controller is popular with engineering and technical personnel. In the paper, the main idea is to accomplish MATLAB-based digital PID controller design and simulation analysis. In the first place, the traditional analog PID control s is introduced, including proportional control s, proportional integral control and proportional integral differential control. In the second place, the digital PID control s are offered. With the development of the times, the advancement of technology, traditional analog PID control cannot make a satisfaction, then digital PID control is followed. At last，the application of MATLAB software to achieve their design and simulation is easy to accomplish. The graduation project is to complete the digital PID controller design and simulation through MATLAB simulation and analysis. It is known that through the literature, compare with traditional PID controller, the controller has good flexibility and precision of the mathematical models available. In addition, in the number of MATLAB-based PID controller design and simulation, the MATLAB experiment environment is used comprehensively. The entire design is confirmed the wide range and accuracy of digital PID controller. Key words：PID control；analog PID controller；digital PID controller；MATLAB simulatio 目目 录录 摘 要 .I ABSTRACT II 第 1 章 绪论 1 1.1 课题目的及意义1 1.2 数字 PID 控制器的研究现状2 第 2 章 PID 控制器 .3 2.1 传统 PID 控制器概述3 2.2 PID 控制器的基本原理 5 2.2.1 比例(P)调节 6 2.2.2 比例积分(PI)调节 .7 2.2.3 比例积分微分(PID)调节 9 第 3 章 数字 PID 控制器 .13 3.1 数字 PID 控制系统.13 3.2 数字 PID 控制的基本算法.14 3.2.1 位置式 PID 控制算法 14 3.2.2 增量式 PID 控制算法 16 3.2.3 位置算式与增量算式的比较 17 第 4 章 数字 PID 的改进算法 .19 4.1 积分算法的改进.20 4.1.1 积分分离法 21 4.1.2 变速积分法 24 4.1.3 遇限消弱积分法 25 4.1.4 梯形积分法 26 4.2 微分算法的改进.27 4.2.1 不完全微分 PID 控制算法 27 4.2.2 微分先行 PID 控制算法 30 4.3 带死区的