数字PID控制器的课程设计.doc

2013-2014学年第2学期课程设计题目：数字PID控制器的设计学生姓名：涂发学生学号：201395082042班级：2013级专升本班指导教师：孙晓娟2014年6月摘要PID控制器具有结构简单、容易实现、控制效果好、鲁棒性强等特点，是迄今为止最稳定的控制方法。它所涉及的参数物理意义明确，理论分析体系完整，并为工程界所熟悉，因而在工业过程控制中得到了广泛应用。从实际需要出发，一种好的PID控制器参数整定方法，不仅可以减少操作人员的负担，还可以使系统处于最佳运行状态。因此，对PID控制器参数整定法的研究具有重要的实际意义。本文介绍了PID控制技术的发展历史和研究进展。分析了传统的模拟和数字PID控制算法，并对传统的PID控制算法进行微分项和积分项的改进，学习了几种比较普遍运用的方法，如不完全微分PID控制算法、微分先行、遇限消弱积分PID控制算法等。在学习的基础上，提出了一种自整定参数的专家模糊PID控制算法，由仿真结果可以看到，这种参数自整定方法与一般控制方法（抗积分饱和控制法）相比，在调节时间、抑制超调量、稳定性都要好，可以在工业上推广使用。目录TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l_Toc18168一﹑数字PID控制简介PAGEREF_Toc181681HYPERLINK\l_Toc16074二﹑数字PID算法的分析PAGEREF_Toc160743HYPERLINK\l_Toc157632.1模拟PID控制算法PAGEREF_Toc157634HYPERLINK\l_Toc83642.1.1模拟PID控制系统结构图PAGEREF_Toc83644HYPERLINK\l_Toc252052.1.2PID控制器各校正环节PAGEREF_Toc252054HYPERLINK\l_Toc326522.2数字式PID控制算法PAGEREF_Toc326525HYPERLINK\l_Toc219902.2.1位置式PID控制算法PAGEREF_Toc219905HYPERLINK\l_Toc28602.2.2增量式PID控制算法PAGEREF_Toc28607HYPERLINK\l_Toc16076三﹑数字PID控制算法仿真PAGEREF_Toc160768HYPERLINK\l_Toc297653.1PID控制算法的参数整定PAGEREF_Toc297658HYPERLINK\l_Toc170913.1.1设计传递函数相关参数PAGEREF_Toc170918HYPERLINK\l_Toc109373.1.2Matlab绘图PAGEREF_Toc109378HYPERLINK\l_Toc225173.2PID实验内容PAGEREF_Toc225178HYPERLINK\l_Toc17050结束语PAGEREF_Toc1705011HYPERLINK\l_Toc1678参考文献PAGEREF_Toc167812PAGE\*MERGEFORMAT11PAGE\*MERGEFORMAT0一﹑数字PID控制简介（1）PID简介目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。控制器的输出经过输出接口﹑执行机构﹐加到被控系统上﹔控制系统的被控量﹐经过传感器﹐变送器﹐通过输入接口送到控制器。不同的控制系统﹐其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。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(intelligentregulator)，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。可编程控制器(PLC)是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID控制功能的控制器，如Rockwell的Logix产品系列，它可以直接与Co