1、一、设计目的1掌握PID控制规律及控制器实现。2掌握用Simulink建立PID控制器及构建系统模型与仿真方法。二、使用设备计算机、MATLAB软件三、设计原理在模拟控制系统中，控制器中最常用的控制规律是 PID 控制。PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差。PID 控制规律写成传递函数的形式为 sKisTKsUEGdpdip )1()(式中， 为比例系数； 为积分系数； 为微分系数； 为积分时间PKi d ipiT常数； 为微分时间常数；简单来说，PID 控制各校正环节的作用如下：pdT（1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生
2、控制作用，以减少偏差。（2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数 Ti，Ti 越大，积分作用越弱，反之则越强。（3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率） ，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。四、上机过程1、在 MATLAB命令窗口中输入“Simulink”进入仿真界面。2、构建 PID控制器：（1）新建 Simulink模型窗口（选择“File/New/Model”）,在 Simulink Library Browser中将需要的模块拖动到新建的窗口中，根据 PID控制器的传递
3、函数构建出如下模型：各模块在如下出调用：Math Operations模块库中的 Gain模块，它是增益。拖到模型窗口中后，双击模块，在弹出的对话框中将Gain分别改为Kp 、 Ki、 Kd，表示这三个增益系数。Continuous模块库中的 Integrator模块，它是积分模块；Derivative 模块，它是微分模块。Math Operations模块库中的 Add模块，它是加法模块，默认是两个输入相加，双击该模块，将List of Signs框中的两个加号（+）改为三个加号，即（+） ，可用来表示三个信号的叠加。Ports pKppKp只改变 ，当 =5.3, =2, =1.8 时候系
4、统输出曲线截图标注;iiii只改变 ，当 =3.4, =2.5, =1.7 时候系统输出曲线截图标注。dddd7、分析不同调节器下该系统的阶跃响应曲线（1）P 调节 Kp=8（2）PI 调节 Kp=5,Ki=2（3）PD 调节 Kp=8.5,Kd=2.5（4）PID 调节 Kp=7.5,Ki=5,Kd=3五实验结果1.（1）Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4（2）Kp=6.7,Ki=2,Kd=2.5（3）Kp=4.2,Ki=1.8,Kd=1.72 以 Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4 这组数据为基础，改变其中一个参数，固定其余两个。（1） Ki，Kd 不变仅改变 Kp；Kp=8.
5、5,Ki=5.3,Kd=3.4Kp=6.7,Ki=5.3,Kd=3.4Kp=4.2,Ki=5.3,Kd=3.4（2）Kp，Kd 不变仅改变 Ki；（1）Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4Kp=8.5, Ki=2 , Kd=3.4Kp=8.5,Ki=1.8,Kd=3.4（3）Kp，Ki 不变仅改变 Kd；（1）Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=2.5Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=1.73 不同调节器下该系统的阶跃响应曲线（1）P 调节 Kp=8（2）PI 调节 Kp=5,Ki=2（3）PD 调节 Kp=8.5,Kd=2.5（4）PID 调节 Kp
6、=7.5,Ki=5,Kd=3六.总结1、P 控制规律控制及时但不能消除余差，I 控制规律能消除余差但控制不及时且一般不单独使用，D 控制规律控制很及时但存在余差且不能单独使用。2、比例系数越小，过渡过程越平缓，稳态误差越大；反之，过渡过程振荡越激烈，稳态误差越小；若 Kp过大，则可能导致发散振荡。Ti 越大，积分作用越弱，过渡过程越平缓，消除稳态误差越慢；反之，过渡过程振荡越激烈，消除稳态误差越快。Td越大，微分作用越强，过渡过程趋于稳定，最大偏差越小；但 Td过大，则会增加过渡过程的波动程度。3、P 和 PID 控制器校正后系统响应速度基本相同（调节时间 ts 近似相等） ，但是 P 控制器校正产生较大的稳态误差，而 PI 控制器却能消除余差，而且超调量较小。PID 控制器校正后系统响应速度最快，但超调量最大。
