PDF《基于MATLAB/Simulink 的PID 参数整定》

《自动化技术与应用》2009 年第

28 卷第

0 3 期24 | Techniquesof Automation&

Applications 基于 MATLAB/Simulink 的PID 参数整定 王素青

1 , 姜维福

2 (1.

南京航空航天大学金城学院, 江苏 南京

2 1

1 1

5 6 ;

2 .南京紫台星河电子有限责任公司, 江苏 南京

2 1

0 0

4 2) 摘要:针对 PID 参数整定过程的复杂性,基于 MATLAB/Simulink 仿真环境,模拟临界比例度法 PID 参数整定的方法和步骤,给出 了一种简单有效的 PID 参数整定方法.与通常的整定方法比较,其优点是非常直观、可以随意修改仿真参数,节省了大量的计 算和编程工作量.通过仿真实例验证了该方法的有效性. 关键词:PID 控制;

参数整定;

MATLAB/Simulink;

临界比例度法 中图分类号:TP273 文献标识码:B 文章编号:1003-7241(2009)03-0024-03 PID Tuning Based on MATLAB/Simulink WANG Su-qing1 , JIANG Wei-fu2 (1.Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Jin Cheng College, Nanjing

211156 China;

2.NanjingZi-tai Xing-heElectronicsCo.,Ltd, Nanjing 210042China) Abstract: The PID tuning is a complicated process. To solve the problem,a method of critical gain is presented based on the MATLAB/Simulink simulation environment. The simulation examples are also given. Key words: PID control;

parameter tuning;

MATLAB/Simulink;

critical gain method

1 引言 PID控制是最早发展起来且目前在工业过程控制中仍然是应用 最为广泛的控制策略之一.据统计,在工业过程控制中95% 以上的 控制回路都具有PID 结构,而且许多高级控制都是以PID 控制为基 础的. PID控制能被广泛应用和发展,根本原因在于PID控制具有以 下优点[1] :原理简单,使用方便,PID参数 P K 、 i T 和dT可以根据过程 动态特性及时调整;

适应性强;

鲁棒性强,即其控制品质对被控对象 特性的变化不太敏感.采用不同的PID 参数,对控制系统的性能将 会不一样,因此PID 参数的调节和优化决定了控制系统最终能达到 的控制性能,PID 参数整定是控制系统设计的核心内容.综观各种 PID参数整定方法,可以有如下分类:根据研究方法来划分,可分为基 于频域的PID 参数整定方法和基于时域的PID 参数整定方法;

根据 发展阶段来划分,可分为常规PID 参数整定方法和智能 PID 参数整 定方法;

根据被控对象个数来划分,可分为单变量PID参数整定方法 和多变量PID参数整定方法;

根据控制量的组合形式来划分,可分为 线性PID参数整定方法和非线性PID参数整定方法.一般来说,PID 参数整定方法概括起来有两大类:一是理论计算整定法.它主要是 依据系统的数学模型,采用控制理论中的一些方法,经过理论计算确 定控制器参数[2] . 这种方法不仅计算繁琐,且过分依赖系统的数学模 型,所得到的计算数据一般不能直接使用,还必须通过工程实际进行 调整和修改.二是工程整定方法.它主要依赖工程经验,直接在控 工业控制与应用 Industry Control and Applications 收稿日期:2008-10-24 制系统的实验中进行.这种方法简单实用、易于掌握,因而在工程 实际中被广泛采用. 控制工程中常用的工程整定方法有临界比例度 法、衰减曲线法、鲁棒PID 参数整定法和ISTE 最优参数整定法. Simulink 是用于 MATLAB 下建立系统框图和仿真的环境. Simulink 是一个交互式动态系统建模、仿真和分析图形环境,是 一个进行基于模型的嵌入式系统开发的基础开发环境.Simulink 可以针对控制系统等进行系统建模、仿真、分析等工作.借助于 Simulink仿真环境,可以为PID参数整定工作提供极大的方便. 本 文以基于 MATLAB/Simulink 环境进行临界比例度法 PID 参数整 定为例,说明在 PID 参数整定过程中,借助于 Simulink 环境,非常 直观、可以随意修改仿真参数,节省了大量的计算和编程工作量.