PDF《基于 MATLAB的PID控制器参 数 整定 及仿真》

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0 5一l J― o

7 作者简介: 何东健(

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5 7 一) , 男, 教授, 陕西西安人, 工学博士, 主要从事图像分析与识别和多媒体网络应用等研究 维普资讯 http://www.cqvip.com

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2 西安科技大学学报2006卓

1 P i l

1 ) 控制器的原理与算法 当被控对象的结构和参数不能被完全掌握, 或得不到精确的数学模型时 , 应用 P I D控制技术最为方便. P I D控制器就是根据设定值与实际值的误差, 利用比例( P ) 、 积分( I ) 、 微分( D ) 等基本控制规律, 或者把它们 适当配合形成有 P I , P D和PID等的复合控制规律 , 使控制系统满足性能指标要求. 控制系统大多都有储能元件, 这就使系统对外界的响应有一定的惯性, 且能量和信息在传输和转化的过 程中, 由于管道、 距离等原因也会造成时间上的延迟, 所以, 按偏差进行比例调节, 很难取得理想的控制效果, 因此引入偏差的积分( P I ) 调节以提高精度, 引入偏差的微分( P D ) 来消除系统惯性的影响.这就形成了按偏 差的 P I D调节系统 J . 图1是典型P I D控制系统结构图.在PID调节器作用下, 对误差信号分别进行比例、 积分、 微分组合控 制.调节器的输出作为被控对象的输入控制量. P I D控制算法的模拟表达式为

1 , l J 一, .、 ( t ) =K e [ e ( t ) + 【 e ( t ) d t + ] (

1 ) 相应的传递函数为

1 (

3 )= J ( P (

1 + + s ) (

2 ) J , 式中 为 比例系数;

为积分时 间常数;

为微分时间常数-

4 J . 在传统 的PID调节器 中, 确定 , ,

3 个参数的值, 是对系统进 行控制的关键.因此, 控制最主要的 问题是参数整定问题, 在PID参数进 行整定时, 若有理论方法确定 P I D参 数当然最为理想 , 但实际应用 中, 更 多的是通过试凑法来确定 P I D的参 图1典型 P I D控制系统结构图 F i g .

1 Di a g r a m o f t y p i c a l P I D c o n t r o l s y s t e m s t r u c t u r e 数.而利用 b t A T L A B强大的仿真工具箱的功能, 可以方便地解决参数整定问题 .

2 电子心率起搏器 系统 电子心率起搏器系统可以认为是一个实时监控装置.它是由起搏器和起搏导线构成.起搏器本身是一 个脉冲发生器 , 由微电子电路和紧凑型电池构成.起搏器必须能够识别和感知心脏 自主激动, 当起搏器感知 不到任何心脏 自主跳动时, 起搏器就会释放一个电脉冲, 心脏的肌肉就会收缩一次.起搏器通过一根或两根 起搏导线与心脏相连 , 起搏导线是一根很细的、 外带绝缘层的导线, 直接放置在右心室或右心房中.通过这 根导线 , 电脉冲被传送至心脏.起搏导线也可以感知心脏的 自主激动, 并将这个信息传回给起搏器. 起搏器按照设定的频率每隔一段时间对心脏跳动情况进行监控.监控频率和时间间隔是根据人的正常 心脏跳动频率来设计的.比如一个人的正常心率是

7 5 ~/ m i n , 那么监控频率则设定为

7 5 ~/ m i n , 两次监控 的时间间隔为

0 .

8 8 .起搏器工作时, 自 动时钟装置每隔

0 .

8 8 就发出信号引导监测心脏跳动, 若过了

0 .

8 s 心脏还没有动 , 起搏器就会立刻发出电脉冲信号, 对心脏进行电刺激, 引发心脏跳动, 保证心脏正常功能运 转. 由起搏器的工作原理和设计过程可知, 电子心率起搏器系统中模仿心脏的传递函数相当于一纯积分器, 同时要把心脏跳动状态的电脉冲信号反馈传送回心脏 , 为一单位负反馈 .起搏器的增益及系统参数根据设 计经验选择( 图2 ) .为了及时准确地控制起搏器正常工作 , 就需要在前端加入 P I D控制, 而PID控制器参数 选择是设计要解决的主要问题 . 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 4期 何 东健等 : 基于 MA T L A B的PID控制器参数 整定应仿 真5l33PID控制器的 MA T L A B仿真 M A T L A B是美国 M a t h W. r k s 公司推出的一套高性能的数值计算和可视化软件 , 它集数值分析 、 矩阵运 算、信号处理和图形显示于一体 , 构成了一个方便的、 界面友好 的用户环境.M A T L A B可以方便地设计漂亮 的界面 , 具有丰富的函数库, 和其他高级语言也具有 良好的接 口, 同时也可以方便地实现与其他语言的混合 编程 , 使它已经成为国际上最为流行 的科学与工程计算的软件工具 , 进一步受到了科研工作者的........