实例介绍
【实例简介】
《先进PID控制MATLAB仿真(第3版)》系统地介绍了PID控制的几种设计方法，是作者多年来从事控制系统教学和科研工作的结晶，同时融入了国内外同行近年来所取得的最新成果。全书共分14章，包括基本的PID控制、PID控制器的整定、时滞系统的PID控制、基于微分器的PID控制、基于观测器的PID控制、自抗扰控制器及其PID控制、PD鲁棒自适应控制、模糊PD控制和专家PID控制、神经PID控制、基于遗传算法整定的PID控制、伺服系统PID控制、迭代学习PID控制其他控制方法的设计与仿真，以及PID实时控制的C++语言设计及应用。每种方法都给出了算法推导、实例分析和相应的MATLAB仿真设计程序。
422仿舆程炊分析……… 165) 4.3葚于RB神经网络定的PID控制 ……………(170 4.31RBF神经网络模型……470) 4.3.2RBF刈终PID整定原 ■■昏【十甲■PP鲁平冒 172} 433仿真程序及分析 (172) 44基于RBF神经网络辨认的兰神绎儿PID模型参考适应控制 178 44.1神经网快型参考日适控制原理 (178 44.2仿其理序及分村……… 」78) 45基于CMAC(神经网络)与PID的并行挖制 183) 4.5,1CMAC概闪… ■自血亡旨■■冒1■個 83 4.52一和典型CMAC算法反其仿真 日1 〔l84) 453仿广程序及分析… ▲晶■■山d司p (186 4.54CMAC与PID复合控制算法 平甲■■L■自血自自pP省 r…"r…(188) 4.55仿熹桯序姣分析…… L89〕 46CMAC与PD并行掉制的 Simulink真 m■,■唱即萨甲命司■·幽幽自 〔L93〕 4.6.1 Simulink衍真方法" pd●4甲血 ……………193) 45.2仿真程序及分析 193) 47基于 Hopfield网络的PID模型参考自适应控制 197 47.1系统擂述 197) 472基于 Hopfield络的控制器优化…… 198 173订兴程及分析 l■■?曾 4+,,,…………(200) 48起丁模糊RBF网绺鹚定的PD控制…… 481模糊神经网络结构 n(203) 482仿真程序及分杆… …;…(205) 第5章基于遗传算法整定的PD控制… (210) 51传算法的基本原理…… p"(210〕 5.2遗传算法的优化设计 (211〕 21遗估算法构成要素 聊『『■1 ……(21l 522遗传算江的用龙骤 …(211) 53遗传算法求函数极大值 普■甲平血日p■■ 212) 5.3.1二进制缤遗传算法求函数极大值…… 日』■ 212) 5.32仿真程序…… 214) 533实数编码遗传算法求函数极大值… -….…4(216) 534仿真程序 (218 54基于遗传算法PID整定 …,"-,-………-.(220 54基丁遗算沾竹PID整烂原理…….………………………………… (221) 542基:实数编仍遗传算法的PD整定…… (223) 54.3仿真程序 224) 544荘于二制编妈邀传算法的HD定……………, 223 54.5仿总科序…………………………(29) 6基于白适应在线遗传算法整定的PD控伟 (233) 547仿真程序………………… 血申甲由自白口罪4·D白白口甲即血 (235) 5.5基于遗传算法摩擦機型参数辨识的PID掉制……………………………………,(239) 551辨识原理及仿真实例 239 552仿真栏序……-………… …………………………(241 第6章先进PD多变量控制 ……………………(247) 6.lPID多变量控制… (247) 611PD控制惊理……… ■量■■■■中 247) 612仿真程序及分杠……r 247 61.3多变量PID控制的 Simulink万真 口』44口自血·pd口司dpB血鲁l 62单神经元Pm控制 +-(254 621单神经元PID控制原理 (254} 622仿真程序及分析………… ■啁P■PP冒可P■ 254) 623多变属单却经元PD控制的 Simulink仿真 258 63基于DRNN神经网络整定的PI控世 ■■■■■■■自上PP“d (263 63.1某于DRNN神经网终参数自学习PID控制原埋 263 632DRNN神经网络的 Jacobian倍息辨识 ……(65) 633仿真程序及分析… ·▲鲁鲁 26 第7章几种先进PD控制与法 ■■■鲁唱雪會1冒号1 订古■bb看■q日 275 7.1其于干扰观测器的PID控制… (275) 7].1千状就器设计原理…"…… d◆@申●甲.甲■■■上會11T ↓■4L 275) 7].2连续系统闩控制伤真 n如41■q冒PP平Ik·血■自白即 …………277 7.1.3离散系统约控制仿貞… bw■■■φψψ卜中罾中中画·■■■■ (279) 72非线性系统的PID鲁棒控制…… 甲血即口日““甲甲p日白 7.2,1基于NCD忧化的作线性优化PD控制… ==p=中着44画■■↓即叩"中中 4(284) 7.22基于NCD与优化函数结合的非线性优化PD控制…… mmm■』画晶↓是是看司即即自4自●日目■ 73一类非线性PD控制器设计 (28g) 73,1非线性控制器堤计原理 288 732仿真程序及分析 L晶■■? ■口■鲁b4量冒 289) 7.4基于重复控制补偿的高精度PID掉制… 74.1重复控制原理 L山』■■ 中自鲁 「24 94 ■国口P■ 742基于重复控制补偿的PⅠD捭剀 …………,(294 743仿真程序及分析 …………………………s"…"…(295) 75基于零相差前馈补偿的P控钊 ■■■■d』晶二q■P 300) 75,]零相差控制原理………… ■1?T??會 (30 7.5.2蓮于零柑前馈补偿的PD搾制……… (301 753仿真程序分析 4(302 76基于卡尔是滤波器的P控制 (34 76.1尔曼滤波器原进 旷十十曹lb加 31 762仿真序及分杆 …(315) 76.3基丁卡尔壺滤波器的pD掉制 ■■b■4■↓bc郾Lb■■d看d『■↓,■罪罩 ? 7.64仿直程序歧分忖……… 日:即 k■■l唱■ 321) 77单级倒立拦附PD亭彻… b■■b■山dc■〓bd■4卩■■昌■■■■■■■■■■■■■■『■■■冒■■■■『【r冒冒冒 (323 771单级倒立摆建模 (323 77.2单级倒立摆… 77.3仿真程厅分析 325) 78吊-双摆系统的控制 ■■q■db止 33D) 7.8.1吊车双摆系统的建模 78.2吊个-奴摆东统的伤貞 331 基于 Anti-windup的PID控制…… ■■■■■■"冒·T !(336) 79 Anti-windup的基本原到 a……(336 792仿程序及分析… 337 7』0基于PD增自适应调节的模型参考自适应控制 ■卜■督甲P甲 710.1挖制器竹设计 ■■血自■ …………,……(343) 7.102稳定怦分析… 7.,14.3仿息序及分忏… 5 第8章灰色PD控制 …,∵…r,4(349) 81灰色控制原坦 ·::aa出卜bb吾4P甲 349) 8].牛成数列 看着『■ (349) 812GM模型…… 82T扰信号的灰色估讠 350) 821奴色佔计的理论础 【【■■ :50) 822仿直实例 353) 83灰色PID控制 (355 83]灰色PID控制的掸论基础 n口■■聊聊·■■血血晶昏昏■ 5) 83,2连续系统灰色PT掉带… 83.3仿怎程序及分核一… (358〕 8,34离散系统灰色PD控制 362〕 8.3.5仿真程序攴分枳 d量甲甲自44口罪甲甲自日“日日 363 84灰仁PID的位置跟跡……… (36 84.L连续系统灰色PD位置跟踪 (36 842仿真程序攴分析 369) 8.43离散系统灰色P位置跟踪 (372 44仿红程序及分析 374 第9章伺服系统P」D控制 (378 91基于 Lugre摩擦模型的PID控制 9].1服系统的摩擦现象……………… ………………………:(378 9.!.2何服系统的Lure烨擦模型…… 378 9]3仿直程序駁分 379 92基于 Stribeck摩擦榱型的PID控制 384 2.1 Stribeck廖擦模型描述 ………………,…,,(384) 922 典州何服系统指述 (385 923仿真栏序版分树 385) 93何服系统二环的PU控 血自自■會鲁■唱個自血自■P』■■■幽』自鲁■P■個■幽■■■P■個會個■4■■鲁卜會個■■■4會4■■■P鲁■l唱■ 396 931伺服系统二环的PD控制原理…… (396 9.3.2仿其积序分杖 94二质量伺服系统的PID控制…… 聊聊:p■■■"〓b山晶▲山m山晶h舞■11晶bhh 40)2 941质量伺服系统的PID摔制原理……… 〔42) 942仿真程序及分柠…!r… 甲·要 403 9.5伺服系统的模以PI+数字前馈痉制 由山血幽■■l‘1 407) 951何胶系统的楼拟P+数前馈控制原 407) 9.52仿真程序及分析……… ■■■■血矗·l■凸山昏昏昌■1P■甲番鲁l平 408) 第10章机審人的PD控制 ■···日d■■■■··■山血▲卜44■■■■k4量 10.1确定性唯臂机械手的PD+前馈控制……………,… 411) 10].1单臂机械于的运动方程 (41 10.⊥2控制器的设计… k▲+44山画dkk郾-4-聊;m:幽〓白自p唱44ppp日41。:日bbd血bdhh (411) 101.3仿真程序及分析 TT T …-……-:…1(411) lU.2不确定性单劈机槭手的PD+前愦控制 ■▲·▲■■■■■·h【冒■PP 416) 1.21不斫定性中杋槭于的运动方程 416 10.22仿真程序及分杯 ■■口·q··q····山』■■■亠■■1■■■『【 (417 10.3个确定性单皆机械手的PD鲁棒制 4l9 10.3!制器设计……… 10.32稳定性分析 419 1033仿真程序及分析 ●··‘4d·444即:·即 ■■■晶d卜晋4冒看甲P (422 104其于PD的N关节机器人控制 (425 104.1N关节机器人运的方… (426) 1042PD控制…………… T甲■■ _會1冒冒T 425 1043PD掉制+前儉控制… (426) 1044PD控+修正前馈控制 山口■■1■P『4吾甲甲■■自b命自自自h即Pb■ 426 1(4.5仿真程序及分析… ……………--……:…1……(426) 10.5机器人的鲁棒自适应PD掉制 (431) 10.5.1机器人动力学模型及其缙构特性 h白Id■■■d鲁l冒甲q (43l 10.5.,2挖制器的设计…… 唱唱甲甲■■ (432 10.53仿真程斥炇分析∵ (436) 第11章PD实时控制的C++语言设计及应用 …(49 1M语言的C++转化…… …"……449 112某于C+-的三轴飞行模拟转台伺服系统PID实时控制………………(452) 1].2.]拦制系統构成……………… 44·:4日·4甲中即日日·日4·#甲··4·甲 (452 112.2时粹制程序分析 ■■■■亡』■■■+1■t昏昏44■44晋P「4■4 453〕 112.3仿卖程序及分斫…… ■■■■口dd■ll山啬↓Lb■kbd看看■L着看卩罩■■■■■■昌晶■■■■■■ 45 参考文献 b 第1章数字PID控制 自从计算机进入控制领域以来,用数字计算机代膂模拟计算机调节器组成计算机控制系 统,不仅可以用软件实现PID粹制算法,而且可以利用计算机的逻辑功能,使PID控制更加 灵活。数宁PID控制在生产过程中是一种最普遍采用的控制方法,在机电、冶金、机械、化 工等行业中获得了广泛的应用。将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构 成控制量,对被控对象进行控制,故称PID控制器 1.1P|D控制原理 在模拟控制系统中,控制器最常用的控制规律是Pi控制。模拟PD控系统原理框图 如图1-1所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成 比B 分 被整对象 积分 图1-]模拟PD控制系纷原理框图 PD控制器是一种线性控制器,它根据绘定值mn()与实际输出值yout(t)构成控制偏差: error(t)=rin(r)-your(t) (1.1) FID的控制规律为: u(t)=k error(1)+ a error(r)dr +iDderror(r dt 或写成传递函数的形式 U(S) 十f (l3) EsK 式中,k一比例系数;—积分时间常数:T徽分时间常数。 简单说来,HLU控制器各校正环节的作用如下: 1)比例环节:成比例地反映控制系统的偏差信号eror(),偏差一旦产生,控制器立即 产生控制作用,以减小偏差。 (2)积分环芒:主要用于消除静羔,提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时 间常数罚1’T越大,积分作用越弱,反之则越强 3)微分环节:反映偏差信号的变化趋势〈变化速率),并能在偏差信号变得太大之前, 在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加怏系统的动作速度,减少调节时间。 1.2连续系统的模拟P|D仿真 12.1基本的PD控制 以二阶线性传递函数为被控对象,进行模拟PD制。在信号发生器中选择正弦信号仿真 时取k。=60,k=1,k=3,输入指令为min(n)=Asin2F),其中A=1.0.F=0.20Hz。果 用ODE45迭代方法,仿真时间为108 仿真方法一 在 Simulink下进行仿真,PID控制由 Simulink下的工具箱提供。 仿真程序: chanl1md,如图1-2所示 PIl 15 +255 lic L eTERna Lntnillet 图|-2连续系统P的 Simulink仿真程r 在PD控制器采用 simulink封装的形式,其内部结构如图1-3所示 dudi DElINE 图1-3模拟PD控制器 连续系统的模拟PID控制正弦响应结果如图14所示。 网回F 图14连续系统的模拟PD控制正弦响应 仿真方法二 在仿真一的基础上,将仿頁结果输出到工作空间中,利用M的数作图,仿真结果如 图1-5所示 05 05 图1-5PI控制正弦响应 仿真程序:chap12mdl 0 序中问时采用了传递函数的另·种表达式,即状态方程的形式,其中A 0-25 0 B C=[0],D=0,如图16所示 133 33 产 Tranter Ft SEoP pid ontrolie SUN u your Te woto t look 图1-6连续系统PD的 Simulink仿真程序 M函数作图序: chapel_2 plot.m ot(t rin, 'ki, x1abe1:'tie【g)' Y以 【实例截图】
【核心代码】
《先进PID控制MATLAB仿真(第3版)》系统地介绍了PID控制的几种设计方法，是作者多年来从事控制系统教学和科研工作的结晶，同时融入了国内外同行近年来所取得的最新成果。全书共分14章，包括基本的PID控制、PID控制器的整定、时滞系统的PID控制、基于微分器的PID控制、基于观测器的PID控制、自抗扰控制器及其PID控制、PD鲁棒自适应控制、模糊PD控制和专家PID控制、神经PID控制、基于遗传算法整定的PID控制、伺服系统PID控制、迭代学习PID控制其他控制方法的设计与仿真，以及PID实时控制的C++语言设计及应用。每种方法都给出了算法推导、实例分析和相应的MATLAB仿真设计程序。
422仿舆程炊分析……… 165) 4.3葚于RB神经网络定的PID控制 ……………(170 4.31RBF神经网络模型……470) 4.3.2RBF刈终PID整定原 ■■昏【十甲■PP鲁平冒 172} 433仿真程序及分析 (172) 44基于RBF神经网络辨认的兰神绎儿PID模型参考适应控制 178 44.1神经网快型参考日适控制原理 (178 44.2仿其理序及分村……… 」78) 45基于CMAC(神经网络)与PID的并行挖制 183) 4.5,1CMAC概闪… ■自血亡旨■■冒1■個 83 4.52一和典型CMAC算法反其仿真 日1 〔l84) 453仿广程序及分析… ▲晶■■山d司p (186 4.54CMAC与PID复合控制算法 平甲■■L■自血自自pP省 r…"r…(188) 4.55仿熹桯序姣分析…… L89〕 46CMAC与PD并行掉制的 Simulink真 m■,■唱即萨甲命司■·幽幽自 〔L93〕 4.6.1 Simulink衍真方法" pd●4甲血 ……………193) 45.2仿真程序及分析 193) 47基于 Hopfield网络的PID模型参考自适应控制 197 47.1系统擂述 197) 472基于 Hopfield络的控制器优化…… 198 173订兴程及分析 l■■?曾 4+,,,…………(200) 48起丁模糊RBF网绺鹚定的PD控制…… 481模糊神经网络结构 n(203) 482仿真程序及分杆… …;…(205) 第5章基于遗传算法整定的PD控制… (210) 51传算法的基本原理…… p"(210〕 5.2遗传算法的优化设计 (211〕 21遗估算法构成要素 聊『『■1 ……(21l 522遗传算江的用龙骤 …(211) 53遗传算法求函数极大值 普■甲平血日p■■ 212) 5.3.1二进制缤遗传算法求函数极大值…… 日』■ 212) 5.32仿真程序…… 214) 533实数编码遗传算法求函数极大值… -….…4(216) 534仿真程序 (218 54基于遗传算法PID整定 …,"-,-………-.(220 54基丁遗算沾竹PID整烂原理…….………………………………… (221) 542基:实数编仍遗传算法的PD整定…… (223) 54.3仿真程序 224) 544荘于二制编妈邀传算法的HD定……………, 223 54.5仿总科序…………………………(29) 6基于白适应在线遗传算法整定的PD控伟 (233) 547仿真程序………………… 血申甲由自白口罪4·D白白口甲即血 (235) 5.5基于遗传算法摩擦機型参数辨识的PID掉制……………………………………,(239) 551辨识原理及仿真实例 239 552仿真栏序……-………… …………………………(241 第6章先进PD多变量控制 ……………………(247) 6.lPID多变量控制… (247) 611PD控制惊理……… ■量■■■■中 247) 612仿真程序及分杠……r 247 61.3多变量PID控制的 Simulink万真 口』44口自血·pd口司dpB血鲁l 62单神经元Pm控制 +-(254 621单神经元PID控制原理 (254} 622仿真程序及分析………… ■啁P■PP冒可P■ 254) 623多变属单却经元PD控制的 Simulink仿真 258 63基于DRNN神经网络整定的PI控世 ■■■■■■■自上PP“d (263 63.1某于DRNN神经网终参数自学习PID控制原埋 263 632DRNN神经网络的 Jacobian倍息辨识 ……(65) 633仿真程序及分析… ·▲鲁鲁 26 第7章几种先进PD控制与法 ■■■鲁唱雪會1冒号1 订古■bb看■q日 275 7.1其于干扰观测器的PID控制… (275) 7].1千状就器设计原理…"…… d◆@申●甲.甲■■■上會11T ↓■4L 275) 7].2连续系统闩控制伤真 n如41■q冒PP平Ik·血■自白即 …………277 7.1.3离散系统约控制仿貞… bw■■■φψψ卜中罾中中画·■■■■ (279) 72非线性系统的PID鲁棒控制…… 甲血即口日““甲甲p日白 7.2,1基于NCD忧化的作线性优化PD控制… ==p=中着44画■■↓即叩"中中 4(284) 7.22基于NCD与优化函数结合的非线性优化PD控制…… mmm■』画晶↓是是看司即即自4自●日目■ 73一类非线性PD控制器设计 (28g) 73,1非线性控制器堤计原理 288 732仿真程序及分析 L晶■■? ■口■鲁b4量冒 289) 7.4基于重复控制补偿的高精度PID掉制… 74.1重复控制原理 L山』■■ 中自鲁 「24 94 ■国口P■ 742基于重复控制补偿的PⅠD捭剀 …………,(294 743仿真程序及分析 …………………………s"…"…(295) 75基于零相差前馈补偿的P控钊 ■■■■d』晶二q■P 300) 75,]零相差控制原理………… ■1?T??會 (30 7.5.2蓮于零柑前馈补偿的PD搾制……… (301 753仿真程序分析 4(302 76基于卡尔是滤波器的P控制 (34 76.1尔曼滤波器原进 旷十十曹lb加 31 762仿真序及分杆 …(315) 76.3基丁卡尔壺滤波器的pD掉制 ■■b■4■↓bc郾Lb■■d看d『■↓,■罪罩 ? 7.64仿直程序歧分忖……… 日:即 k■■l唱■ 321) 77单级倒立拦附PD亭彻… b■■b■山dc■〓bd■4卩■■昌■■■■■■■■■■■■■■『■■■冒■■■■『【r冒冒冒 (323 771单级倒立摆建模 (323 77.2单级倒立摆… 77.3仿真程厅分析 325) 78吊-双摆系统的控制 ■■q■db止 33D) 7.8.1吊车双摆系统的建模 78.2吊个-奴摆东统的伤貞 331 基于 Anti-windup的PID控制…… ■■■■■■"冒·T !(336) 79 Anti-windup的基本原到 a……(336 792仿程序及分析… 337 7』0基于PD增自适应调节的模型参考自适应控制 ■卜■督甲P甲 710.1挖制器竹设计 ■■血自■ …………,……(343) 7.102稳定怦分析… 7.,14.3仿息序及分忏… 5 第8章灰色PD控制 …,∵…r,4(349) 81灰色控制原坦 ·::aa出卜bb吾4P甲 349) 8].牛成数列 看着『■ (349) 812GM模型…… 82T扰信号的灰色估讠 350) 821奴色佔计的理论础 【【■■ :50) 822仿直实例 353) 83灰色PID控制 (355 83]灰色PID控制的掸论基础 n口■■聊聊·■■血血晶昏昏■ 5) 83,2连续系统灰色PT掉带… 83.3仿怎程序及分核一… (358〕 8,34离散系统灰色PD控制 362〕 8.3.5仿真程序攴分枳 d量甲甲自44口罪甲甲自日“日日 363 84灰仁PID的位置跟跡……… (36 84.L连续系统灰色PD位置跟踪 (36 842仿真程序攴分析 369) 8.43离散系统灰色P位置跟踪 (372 44仿红程序及分析 374 第9章伺服系统P」D控制 (378 91基于 Lugre摩擦模型的PID控制 9].1服系统的摩擦现象……………… ………………………:(378 9.!.2何服系统的Lure烨擦模型…… 378 9]3仿直程序駁分 379 92基于 Stribeck摩擦榱型的PID控制 384 2.1 Stribeck廖擦模型描述 ………………,…,,(384) 922 典州何服系统指述 (385 923仿真栏序版分树 385) 93何服系统二环的PU控 血自自■會鲁■唱個自血自■P』■■■幽』自鲁■P■個■幽■■■P■個會個■4■■鲁卜會個■■■4會4■■■P鲁■l唱■ 396 931伺服系统二环的PD控制原理…… (396 9.3.2仿其积序分杖 94二质量伺服系统的PID控制…… 聊聊:p■■■"〓b山晶▲山m山晶h舞■11晶bhh 40)2 941质量伺服系统的PID摔制原理……… 〔42) 942仿真程序及分柠…!r… 甲·要 403 9.5伺服系统的模以PI+数字前馈痉制 由山血幽■■l‘1 407) 951何胶系统的楼拟P+数前馈控制原 407) 9.52仿真程序及分析……… ■■■■血矗·l■凸山昏昏昌■1P■甲番鲁l平 408) 第10章机審人的PD控制 ■···日d■■■■··■山血▲卜44■■■■k4量 10.1确定性唯臂机械手的PD+前馈控制……………,… 411) 10].1单臂机械于的运动方程 (41 10.⊥2控制器的设计… k▲+44山画dkk郾-4-聊;m:幽〓白自p唱44ppp日41。:日bbd血bdhh (411) 101.3仿真程序及分析 TT T …-……-:…1(411) lU.2不确定性单劈机槭手的PD+前愦控制 ■▲·▲■■■■■·h【冒■PP 416) 1.21不斫定性中杋槭于的运动方程 416 10.22仿真程序及分杯 ■■口·q··q····山』■■■亠■■1■■■『【 (417 10.3个确定性单皆机械手的PD鲁棒制 4l9 10.3!制器设计……… 10.32稳定性分析 419 1033仿真程序及分析 ●··‘4d·444即:·即 ■■■晶d卜晋4冒看甲P (422 104其于PD的N关节机器人控制 (425 104.1N关节机器人运的方… (426) 1042PD控制…………… T甲■■ _會1冒冒T 425 1043PD掉制+前儉控制… (426) 1044PD控+修正前馈控制 山口■■1■P『4吾甲甲■■自b命自自自h即Pb■ 426 1(4.5仿真程序及分析… ……………--……:…1……(426) 10.5机器人的鲁棒自适应PD掉制 (431) 10.5.1机器人动力学模型及其缙构特性 h白Id■■■d鲁l冒甲q (43l 10.5.,2挖制器的设计…… 唱唱甲甲■■ (432 10.53仿真程斥炇分析∵ (436) 第11章PD实时控制的C++语言设计及应用 …(49 1M语言的C++转化…… …"……449 112某于C+-的三轴飞行模拟转台伺服系统PID实时控制………………(452) 1].2.]拦制系統构成……………… 44·:4日·4甲中即日日·日4·#甲··4·甲 (452 112.2时粹制程序分析 ■■■■亡』■■■+1■t昏昏44■44晋P「4■4 453〕 112.3仿卖程序及分斫…… ■■■■口dd■ll山啬↓Lb■kbd看看■L着看卩罩■■■■■■昌晶■■■■■■ 45 参考文献 b 第1章数字PID控制 自从计算机进入控制领域以来,用数字计算机代膂模拟计算机调节器组成计算机控制系 统,不仅可以用软件实现PID粹制算法,而且可以利用计算机的逻辑功能,使PID控制更加 灵活。数宁PID控制在生产过程中是一种最普遍采用的控制方法,在机电、冶金、机械、化 工等行业中获得了广泛的应用。将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构 成控制量,对被控对象进行控制,故称PID控制器 1.1P|D控制原理 在模拟控制系统中,控制器最常用的控制规律是Pi控制。模拟PD控系统原理框图 如图1-1所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成 比B 分 被整对象 积分 图1-]模拟PD控制系纷原理框图 PD控制器是一种线性控制器,它根据绘定值mn()与实际输出值yout(t)构成控制偏差: error(t)=rin(r)-your(t) (1.1) FID的控制规律为: u(t)=k error(1)+ a error(r)dr +iDderror(r dt 或写成传递函数的形式 U(S) 十f (l3) EsK 式中,k一比例系数;—积分时间常数:T徽分时间常数。 简单说来,HLU控制器各校正环节的作用如下: 1)比例环节:成比例地反映控制系统的偏差信号eror(),偏差一旦产生,控制器立即 产生控制作用,以减小偏差。 (2)积分环芒:主要用于消除静羔,提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时 间常数罚1’T越大,积分作用越弱,反之则越强 3)微分环节:反映偏差信号的变化趋势〈变化速率),并能在偏差信号变得太大之前, 在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加怏系统的动作速度,减少调节时间。 1.2连续系统的模拟P|D仿真 12.1基本的PD控制 以二阶线性传递函数为被控对象,进行模拟PD制。在信号发生器中选择正弦信号仿真 时取k。=60,k=1,k=3,输入指令为min(n)=Asin2F),其中A=1.0.F=0.20Hz。果 用ODE45迭代方法,仿真时间为108 仿真方法一 在 Simulink下进行仿真,PID控制由 Simulink下的工具箱提供。 仿真程序: chanl1md,如图1-2所示 PIl 15 +255 lic L eTERna Lntnillet 图|-2连续系统P的 Simulink仿真程r 在PD控制器采用 simulink封装的形式,其内部结构如图1-3所示 dudi DElINE 图1-3模拟PD控制器 连续系统的模拟PID控制正弦响应结果如图14所示。 网回F 图14连续系统的模拟PD控制正弦响应 仿真方法二 在仿真一的基础上,将仿頁结果输出到工作空间中,利用M的数作图,仿真结果如 图1-5所示 05 05 图1-5PI控制正弦响应 仿真程序:chap12mdl 0 序中问时采用了传递函数的另·种表达式,即状态方程的形式,其中A 0-25 0 B C=[0],D=0,如图16所示 133 33 产 Tranter Ft SEoP pid ontrolie SUN u your Te woto t look 图1-6连续系统PD的 Simulink仿真程序 M函数作图序: chapel_2 plot.m ot(t rin, 'ki, x1abe1:'tie【g)' Y以 【实例截图】
【核心代码】
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