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1、基于MATLAB的PID控制仿真研究COS-II在MCS-51上的移植及实现基于蓝牙的数据采集系统-软件部分基于MATLAB的PID控制仿真研究基于单片机的LCD控制器设计基于蓝牙的数据采集系统（硬件）基于神经网络的车辆类型识别基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统其他论文联系QQ:1357709552目录摘 要5Abstract6前 言7绪 论8经典控制理论概述8论文结构安排9第1章PID控制的理论基础101.1 PID控制的相关参数101.1.1 比例(P)控制101.1.2 积分(I)控制111.1.3 微分(D)控制111.2 常见控制器111.2.1 比例控制器P121.2.2 比例积
2、分控制器PI121.2.3 比例微分控制器PD131.2.4 比例积分微分控制器PID131.3 PID控制参数整定14第2章传统PID控制162.1 传统PID系统设计162.2 基于MATLAB/SIMULINK的仿真172.3 传统PID控制器的参数整定172.4 整定结果及分析18第3章Ziegler-Nichols整定法213.1 系统数学模型的确定213.2 基于时域响应曲线的整定223.3 基于频域法的整定243.4 Ziegler-Nichols整定法的PID控制器设计举例243.4.1 已知受控对象传递函数为243.4.2 已知受控对象频域响应参数26第4章模糊PID系统设计
3、294.1 模糊控制系统结构294.2 模糊PID参数自整定原则304.3 模糊PID控制器设计314.3.1 语言变量模糊化314.3.2 各变量隶属度函数的确定314.3.3 建立模糊规则表324.3.4 确定模糊控制器的类型和结构334.4 模糊PID控制系统的仿真364.4.1 建立系统结构仿真框图364.4.2 仿真结果39结 论40总结与体会42致 谢43参考文献44附 录46附录一 英文原文46附录二 中文翻译53摘要本文简要介绍了PID控制器在工业领域中的广泛应用，及PID控制器的理论基础以及其对连续系统性能指标的改善作用。本设计针对目前工业上常用的两种PID控制器传统PID控
4、制器和模糊PID控制器，在MATLAB/SIMULINK环境下分别对两种控制器进行了设计和仿真。重点研究实现了以误差和误差变化率为输入，利用模糊推理的方法对PID参数的在线自动整定。通过仿真结果可以看出，参数自整定模糊PID控制器控制效果优于传统PID控制器，提高了系统的动静态性能。这种混合系统把PID控制的简便性与Fuzzy控制的灵活性以及鲁棒性融为一体，发挥了传统控制与Fuzzy控制的各自长处，易于实现，便于工程应用，具有较强的实际意义，对进一步应用研究具有较大的参考价值。关键词：PID控制，模糊PID，Ziegler-Nichols整定，MATLAB，仿真AbstractIn this
5、paper, it briefly introduces the wide applications of PID controllers to different industrial sectors, it also discusses the basic principles of PID control and the effectiveness of PID to a continuous process. Two kinds of popular PID controllers have been not only studied, they are conventional an
6、d fuzzy PID controllers, but also designed and simulated with MATLAB/SIMULINK. Error and error change are taken as inputs, we pay attention to a fuzzy inference method is utilized to realize automatic regulating PID parameters. Through the simulation, we can see that fuzzy PID controller with self-a
7、djusting parameters is superior to traditional PID controller and it can improve the dynamic and static properties of the control system. This mixing system combines with convenience of PID control and flexibleness and robustness of fuzzy control. It makes good use of respective advantages of tradit
8、ional control and fuzzy control, easily realized and applied in engineering, and has a strong practical significance and a high reference value for further applications.Keywords：PID control Fuzzy PID Ziegler-Nichols tuningMATLABSimulation前言PID（ProportionIntegrationDifferentiation比例-积分-微分）控制规律作为经典控制理
9、论的最大成果之一，由于其原理简单且易于实现，具有一定的自适应性和鲁棒性，对于无时间延时的单回路控制系统很有效，在目前的工业过程控制中仍被广泛采用。PID控制器作为最早实用化的控制器已经有50多年历史，它是经典控制中用于过程控制最有效的策略之一，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。它最大的优点是不需了解被控对象精确的数学模型，只需在线根据系统误差及误差的变化率等简单参数，经过经验进行调节器参数在线整定，即可取得满意的结果，具有很大的适应性和灵活性。PID控制中的积分作用可以减少稳态误差，微分作用可以提高响应速度。但另一方面积分作用容易导致积分饱和，使系统超调量增大，微分作用对高频干扰特别敏感， 甚
10、至导致系统失稳。PID控制本质上属于线性控制，因此对于具有很强非线性的对象来说，控制效果具有先天的不足。对于这种情况，就应该采用具有非线性特性的控制方法，以适应整个系统的特点。模糊控制是近代提出的一种控制方法，其本质上是非线性的，并且具有一定的智能性。因此，如果将二者有机的结合起来，就可以使PID控制具有模糊控制的智能和非线性特点，同时使模糊控制有了PID控制的确定结构，发挥二者的长处，得到令人满意的控制效果。模糊控制技术与PID控制相结合就称为模糊PID控制技术。运用模糊数学的基本理论和方法，把规则的条件、操作用模糊集表示，并把这些模糊控制规则以及有关信息作为指示存入计算机知识库中，然后计算
11、机根据控制系统的实际响应情况，运用模糊推理，即可自动实现对PID参数的最佳调整。本文正是从这一观点出发，设计出了一种模糊PID控制器，实现对原有PID控制性能的提高。利用Matlab/Simulink对其进行仿真，并对模糊PID控制和原PID系统进行对比分析。绪论经典控制理论概述经典控制理论即古典控制理论，也称为自动控制理论。它的发展大致经历了萌芽阶段、起步阶段、发展阶段和标志阶段四个过程。以传递函数作为描述系统的数学模型，以时域分析法、根轨迹法和频域分析法为主要分析、设计工具，构成了经典控制理论的基本框架，为工程技术人员提供了一个设计反馈控制系统的有效工具。到20世纪50年代，经典控制理论发
12、展到相当成熟的地步，形成了相对完整的理论体系，为指导当时的控制工程实践发挥了极大的作用。经典控制理论主要研究线性定常系统，用于解决反馈控制系统中控制器的分析与设计的问题。如图所示为反馈控制系统的简化原理框图。控制器控制对象输入输出干扰反馈控制系统的简化原理框图经典控制理论的特点是以传递函数为数学工具，本质上是频域方法，主要研究“单输入单输出”(Single-Input Single-output，SISO)线性定常系统的分析与设计，对线性定常系统的研究已经形成相当成熟的理论。典型的经典控制理论包括PID控制、Smith控制、解耦控制和串级控制等。PID控制规律做为经典控制理论的最大成果之一，由
13、于其原理简单且易于实现，具有一定的自适应性和鲁棒性，对于无时间延时的单回路控制系统很有效，在工业过程控制中仍被广泛采用。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(Intelligent Regulator)，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。、第1章PID控制的理论基础1.1 PID控
14、制的相关参数在单回路控制系统中，由于扰动作用使被控参数偏离给定值，从而产生偏差。自动控制系统的调节单元将来自变送器的测量值与给定值相比较后产生的偏差进行比例(P)、积分(I)、微分(D)运算，并输出统一标准信号，去控制执行机构的动作，以实现对温度、压力、流量、液位及其他工艺参数的自动控制。被控参数能否回到给定值上来，以及以怎样的途径，经过多长时间回到设定值上来，及控制过程的品质如何，这不仅与对象特性相关，而且还与调节器的特性即调节器的运算规律（或称调节规律）有关。比例作用P与偏差成正比，积分作用I是偏差对时间的累积，微分作用D是偏差的变化率。自动调节系统中，当干扰出现时，微分D立即起作用，P随
15、偏差的增大而明显起来，两者起克服偏差的作用，使被控量在新值上稳定，此新稳定值与设定值之差叫余差；I随时间增加逐渐增强，直至克服掉余差，使被控量重返设定值上来。1.1.1 比例(P)控制比例控制是一种最简单的控制方式，其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。比例控制作用及时，能迅速反应误差，从而减小稳态误差。但是，比例控制不能消除稳态误差。其调节器用在控制系统中，会使系统出现余差。为了减少余差，可适当增大，愈大，余差就愈小；但增大会引起系统的不稳定，使系统的稳定性变差，容易产生振荡。1.1.2 积分(I)控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。积分控制的作用是消除稳态误差。只要系统有误差存在，积分控制器就不断地积累，输出控制量，以消除误差。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因而，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误差，使系统误差为零，从
