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1、河北大学工商学院 2010 届本科生毕业论文(设计)一种基于 LABVIEW 的 PID 控制器设计的方法摘 要利用 LABVIEW 虚拟仪器开发平台，设计了一个 MATLAB 程序，通过对前面板相应选项的选择可以对三阶以内的线性被控对象快速的确定 PID 控制器的各个参数，并通过曲线图上可以观察到幅值为 1 的阶跃输入信号时的比例控制器(P 控制器)、比例积分控制器(PI 控制器) 、比例微分控制器(PD 控制器) 和比例积分微分控制器（PID 控制器） 响应曲线，及其各个控制器下的开环或闭环控制的响应曲线。通过对各个控制器作用下的，三阶以内的线性控制对象，阶跃输入信号下的响应曲线的分析，得
2、出开环阶跃响应、闭环的比例(P)控制、闭环的比例微分(PD)控制、闭环的比例积分(PI)控制、闭环的 PID控制的特性。并总结出 PID 调整 Kp，Ki，Kd 参数的一般顺序。关键词：虚拟仪器；LABVIEW；PID 控制；MATLAB河北大学工商学院 2010 届本科生毕业论文(设计)Based on LABVIEW for PID controller design methodAbstractAn PID control system is designed an stimulated with LabVIEW an MATLAB.The three-term controller K
3、p,Kd and Ki on a closed-loop system to improve the system which consists of a single mass,spring an damper is designed to obtain a desired response.Adjust each of Kp,Kd and Ki until a desired overall response will be abtained.the effect will be dispalyed an the front panel of a VI.Keywords：virtual i
4、nstrument；LABVIEW；PID control； MATLAB装订线河北大学工商学院 2010 届本科生毕业论文(设计)目 录1 引言.11.1 课题的来源及意义 .11.2 国内外发展现状 .11.3 LABVIEW 介绍 .21.4 PID 介绍 .21.4.1 PID 控制原理简介 .21.4.2 开关控制系统概念 .31.4.3 闭环控制系统概念 .31.4.4 阶跃响应 .41.5 MATLAB 简介 .42 实际问题提出及 LABVIEW 程序设计.52.1 设计目的 .52.2 实际问题的提出 .52.3 LABVIEW 程序设计简介 .62.4 用于显示 PID 控
5、制规律阶跃响应的 LABVIEW 程序设计 .62.4.1 前面板设计 .62.4.2 框图程序设计 .72.4.3 程序编写 .73 实际问题分析.83.1 该模型系统各种控制形式下的阶跃响应曲线 .8河北大学工商学院 2010 届本科生毕业论文(设计)3.1.1 开环阶跃响应 .83.1.2 带有比例控制器的闭环系统 .83.1.3 带有比例积分控制器的闭环系统 .83.1.4 带有比例微分控制器的闭环系统 .103.1.5 带 PID 控制器的闭环系统 .104 PID 控制规律及其对系统的影响.134.1 开环控制系统和闭环控制系统的比较 .134.2 PID 调节规律 .134.2.
6、1 比例调节的规律（P） .134.2.2 积分调节规律（I） .134.2.3 微分调节规律（D） .144.2.4 比例积分调节规律（PI） .144.2.5 比例微分调节规律（PD） .154.2.6 比例积分微分（PID）调节规律 .154.3 PID 调节规律对系统稳定性的影响 .154.3.1 比例调节作用 .154.3.2 积分调节作用 .154.3.3 微分调节作用 .164.3.4 比例积分调节作用 .164.3.5 比例微分调节作用 .164.3.6 P、I、D 控制特性的一般结论 .164.4 控制器 P、I、D 项的选择 .16河北大学工商学院 2010 届本科生毕业论
7、文(设计)4.4.1 比例控制器系数的设置 .174.4.2 比例积分控制器系数的设置 .174.4.3 比例微分控制器系数的设置 .174.4.4 比例积分微分控制器系数的设置 .175 总结.186 改进.196.1 串联校正 .196.2 前馈校正 .19参考文献.20致谢.21河北大学工商学院 2010 届本科生毕业论文(设计)11 引言1.1 课题的来源及意义LabVIEW 与 C 和 BASIC 一样，LabVIEW 也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LabVIEW 的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。LabVIEW
8、也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子 VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。PID 自动控制技术一般都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。PID 控制器简单易懂，在平常使用的中不要求精确的系统模型等先决条件，因而成为了使用极其广泛的控制器。在使用中只需要设定三个参数（Kp， Ki 和 Kd）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。PID 的应用很方便，当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测
9、量手段来获得系统参数时，最适合用 PID 控制技术。PID 控制，实际中也有 PI 和 PD控制。PID 控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的1。1.2 国内外发展现状仪器仪表技术既是现代科技的前沿技术，也是信息产业的关键技术，它是信息产业的基础与源头。虚拟仪器技术史仪器仪表技术的最前沿技术，也是测试技术和计算机技术综合的产物，代表了现代测试技术和仪器技术的发展方向。虚拟仪器的软件开发平台很多，目前最具代表性的虚拟仪器开发平台就是美国国家仪器（NI）公司的LabWindows/CVI、LabVIEW 和惠普公司的 HP VEE(Agilent VEE)。LabV
10、IEW 是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于 C和 BASIC 开发环境，但是 LabVIEW 与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而 LabVIEW 使用的是图形化编辑语言 G 编写程序，产生的程序是框图的形式。控制方法理论自从 1940 年以来，推出了许多先进控制方法，但 PID 控制器以其结构简单，对模型误差具有鲁棒性及易于操作等优点，仍被广泛应用于冶金、化工、电力、轻工和机械等工业过程控制中。 但是，参数单一不变的 PID 控制器，在负载、环境变化的条件下控制效果明显变差。这时需要经验丰富的工程师重新设定 PID 参数以适应变化。这样费时费力，不能满足现代化工业生产的需求。因此，PID 参数自整定技术受到越来越广泛的关注。特别是在高品质的运动控制专用 DSP 出现后，使得在线实现 PID 参数自整定技术日益成熟。在生产过程中为
