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基于MATLAB的PID控制仿真研究

目录

摘 要 5

Abstract 6

前 言 7

绪 论 8

经典控制理论概述 8

论文结构安排 9

第1章 PID控制的理论基础 10

1.1 PID控制的相关参数 10

1.1.1 比例(P)控制 10

1.1.2 积分(I)控制 11

1.1.3 微分(D)控制 11

1.2 常见控制器 11

1.2.1 比例控制器P 12

1.2.2 比例积分控制器PI 12

1.2.3 比例微分控制器PD 13

1.2.4 比例积分微分控制器PID 13

1.3 PID控制参数整定 14

第2章 传统PID控制 16

2.1 传统PID系统设计 16

2.2 基于MATLAB/SIMULINK的仿真 17

2.3 传统PID控制器的参数整定 17

2.4 整定结果及分析 18

第3章 Ziegler-Nichols整定法 21

3.1 系统数学模型的确定 21

3.2 基于时域响应曲线的整定 22

3.3 基于频域法的整定 24

3.4 Ziegler-Nichols整定法的PID控制器设计举例 24

3.4.1 已知受控对象传递函数为 24

3.4.2 已知受控对象频域响应参数 26

第4章 模糊PID系统设计 29

4.1 模糊控制系统结构 29

4.2 模糊PID参数自整定原则 30

4.3 模糊PID控制器设计 31

4.3.1 语言变量模糊化 31

4.3.2 各变量隶属度函数的确定 31

4.3.3 建立模糊规则表 32

4.3.4 确定模糊控制器的类型和结构 33

4.4 模糊PID控制系统的仿真 36

4.4.1 建立系统结构仿真框图 36

4.4.2 仿真结果 39

结 论 40

总结与体会 42

致 谢 43

参考文献 44

附 录 46

附录一 英文原文 46

附录二 中文翻译 53

摘 要

本文简要介绍了PID控制器在工业领域中的广泛应用，及PID控制器的理论基础以及其对连续系统性能指标的改善作用。本设计针对目前工业上常用的两种PID控制器——传统PID控制器和模糊PID控制器，在MATLAB/SIMULINK环境下分别对两种控制器进行了设计和仿真。重点研究实现了以误差和误差变化率为输入，利用模糊推理的方法对PID参数的在线自动整定。通过仿真结果可以看出，参数自整定模糊PID控制器控制效果优于传统PID控制器，提高了系统的动静态性能。这种混合系统把PID控制的简便性与Fuzzy控制的灵活性以及鲁棒性融为一体，发挥了传统控制与Fuzzy控制的各自长处，易于实现，便于工程应用，具有较强的实际意义，对进一步应用研究具有较大的参考价值。

关键词：PID控制，模糊PID，Ziegler-Nichols整定，MATLAB，仿真

Abstract

In this paper, it briefly introduces the wide applications of PID controllers to different industrial sectors, it also discusses the basic principles of PID control and the effectiveness of PID to a continuous process. Two kinds of popular PID controllers have been not only studied, they are conventional and fuzzy PID controllers, but also designed and simulated with MATLAB/SIMULINK. Error and error change are taken as inputs, we pay attention to a fuzzy inference method is utilized to realize automatic regulating PID parameters. Through the simulation, we can see that fuzzy PID controller with self-adjusting parameters is superior to traditional PID controller and it can improve the dynamic and static properties of the control system. This mixing system combines with convenience of PID control and flexibleness and robustness of fuzzy control. It makes good use of respective advantages of traditional control and fuzzy control,  easily realized and applied in engineering, and has a strong practical significance and a high reference value for further applications.

Keywords：PID control Fuzzy PID Ziegler-Nichols tuning MATLAB Simulation