连续模块之PID控制器（PID Controller）

1.模型建立

打开MATLAB2014a，如上图运行Simulink库，弹出Simulink Library Blocks，点击Continuous，在里面将会看到今天所要探究的PID Controller模块。

在Simulink Library Blocks菜单栏创建slx文件（2012版以下为mdl）。

将新建文件选择文件夹保存并将之命名PIDkzq。

将PID Controller加入到PIDkzq.slx。

1）如下图Add to PIDkzq载入其中。

2）鼠标左击PID Controller按住拖动到其中。

完善PID Controller系统控制模型，通过Sources→Signal Generator加入信号发生器。

通过Continuous→Transfer Fcn加入控制对象。

通过Commonly Used Blocks加入Scope观测装置。

为构建PID控制器反馈机制，通过Commonly→Sum加入求和模块。

为实现负反馈功能，将其由|++变为|+-以此实现，通过round可设置图标形状为圆形。

将上述拖入模块连接，构成系统模型图如下：

为了对PID控制信号前后进行对比，通过Commonly Used Blocks→Mux加入信号混合模块。

完善后的系统仿真模型如下所示：

2、参数详解

主要对上图参数进行配置及研究。

A、Signal Generator设置

打开Signal Generator，根据Wave form设置波形为sine正弦波。

设置Amplitude幅值为1，Frequency频率为1Hz。

同时设置仿真时间为10s，这样10内将会有10个正弦信号。

B、Transfer Fcn选择

打开Transfer Fcn对控制对象进行设计。

如上所示，Numerator coefficient为传函分子，Denominator coefficient为传函分母，设计分子为[1]，分母为[1 1 1]。

C、PID参数介绍

打开PID Controller。其默认模式为Controller：PID，时间为连续时间控制。Kp=1，Ki=1，Kd=0。

点击Run运行仿真，图如下，其中黄色线为原始信号y=sin(t)，粉红色线为经过PID控制后，传入传函T即被控对象后的输出信号y1。

由图可知道没有调节参数的PID控制效果极差。

D、PID参数优化

对PID控制器三个参数进行设计，这个过程需要多次带值调试，最终选择Kp=22，Ki=1，Kd=3仿真结果较为良好。

如下图所示可以看到原始信号y与经过传函T后的输出信号y1波形保持一直良好，不过存在时滞，y1滞后一定相位角。

E、PID控制类型选择

由Controller可知PID控制器存在五种模式：PID，PI，PD，P，I。注意没有单独的D微分控制器。

选择PI控制模式，取Kp=22，Ki=1，如下所示。

系统PID Controller图标变为如下。

系统仿真结果见下图。

可以看出单纯的PI控制已经满足不了对控制对象T的信号跟随。

选择PD控制模式，取Kp=22，Kd=3，如下所示。

系统PID Controller图标变为如下。

系统仿真结果见下图。

可以看出通过PD控制就可以满足对控制对象T的信号跟随，不需要加入I积分。

选择P控制模式，系统PID Controller图标变为如下。

选择I控制模式，系统PID Controller图标变为如下。

由于缺少D微分作用，单一的P或者I对系统传函T不能很好的调试，在此不给出系统仿真图了。

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