大 连 海 事 大 学
课 程 设 计
课 程 控制工程软件课程设计
题 目 离散系统的数字PID控制仿真 院 系 信息科学技术学院 专业班级 自动化一班 学生姓名 张亚婷 学生学号 2220142511 指导教师 徐慧朴
2016年 1月 13日
大连海事大学课程设计任务书
课程 控制工程软件课程设计 题目离散系统的数字PID控制仿真
专业自动化一班姓名 张亚婷学号2220142511 主要内容：
控制对象G(s)?
523500s3?87.35s2?10470s为采样时间为1ms，针对离散系
统的阶跃信号、正弦信号和方波信号的位置响应，设计离散的位置式PID控制器。其中S为信号选择变量，并对控制器的输出进行进行限幅：[-10,-10]。 基本要求：
（1）设计可视化窗口实现；
（2）系统输入信号可选择，完成对PID参数，系统阶次的调节；
（3）显示误差大小；
（4）完成全系统的详细分析设计报告。 参考资料：
[1]郑阿奇，曹戈.MATLAB实用教程（第三版）[M].北京：电子工业出版社
[2] 网上查找离散系统的PID参数调节相关资料
完成时间2016.1.3—2016.1.13 学生（签名） 指导教师（签名） 专业负责人（签名）
2016年1月 13 日
目录
1设计要求 ........................................................................................................ - 1 - 2方案设计 ........................................................................................................ - 1 -
2.1设计思路 ............................................................................................. - 1 - 2.2总体方案方框图 ................................................................................. - 1 - 2.3基本原理 ............................................................................................. - 2 - 3位置式PID算法及其仿真 ................................................................................ 3
3.1位置式PID算法原理 ............................................................................. 3 3.2不同输入下的仿真界面结果显示 .......................................................... 6 4增量式PID算法及其仿真 ................................................................................ 7
4.1增量式PID算法原理 ............................................................................. 7 4.2不同输入下的仿真界面结果显示 .......................................................... 8 5调节PID参数得到最优解 .............................................................................. 10 6位置式PID和增量式PID比较 ...................................................................... 12 7 总结 .................................................................................................................. 13 参考文献 .............................................................................................................. 14 附录 ...................................................................................................................... 15
系统设计报告
1设计要求
控制对象为G(s)?523500采样时间为1ms，针对离散系统的阶跃信32s?87.35s?10470s号、正弦信号和方波信号的位置响应，设计离散的位置式PID控制器。其中S为信号选择变量，S=1时为阶跃跟踪，S=2时为方波跟踪，S=3为正弦跟踪。对控制器的输出进行限幅：[-10,10]。 要求:(1)系统的阶次和系数可调；
（2）PID参数可调；
（3）用两种方式显示离散系统的数字PID控制仿真，并显示误差； （4）用MATLAB编写成为可视化窗口实现上述功能；
2方案设计
2.1设计思路
（1）根据设计要求，理解PID控制的原理，确定控制仿真的方式为位置式和增量式两种典型形式。
（2）建立可视化窗口界面，设计显示界面，产生对应的脚本，编辑回调函数，首先获得可变的PID参数，再获得可变的分子分母系数。
（3）最后编辑显示误差值。优化显示界面，并调节拟合程度最好的PID参数。
2.2总体方案方框图
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系统设计报告
图1基本原理框图
比例 积分 微分 被控对象 yout(k) ran(k) 2.3基本原理
总体基本原理框图如图1所示。
PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值rin(t)与实际的输出值yout(t)构成偏差 error(t)?rin(t)?yout(t) PID的控制规律为 u(t)?Kp(error(t)?1Ti?t0error(t)dt?TDderror(t)) dt或写成传递函数的形式为G（s）?U(s)1?Kp(1??TDs) E(s)Tis式中，kp——比例系数；Ti——积分时间常数；TD微分时间常数。 PID控制器各个校正环节的作用如下：
（1）比例环节：成比例的反应控制系统的偏差信号。偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，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。积分作用的强弱主要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：反应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率，减
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