MATLABSimulink环境下PID参数影响分析.docx

MATLAB/Simulink环境下PID参数影响分析李小鹏1201100126摘要：本文基于MATLAB/Simulink仿真环境，构建出PID控制器的模型，通过改变PID控制器的各个参数，来分析其各个参数对系统控制过程的影响，并总结出结论关键词：SimulinkPID控制器Abstract:ThispaperbasesonMATLAB/SimulinkenvironmenttobuildamodelofPIDcontroller,anditanalyzestheinfluenceofvariousparametersonthesystemcontrolprocessbychangingtheparametersofPIDcontrollerofeach.Keywords:SimulinkPIDcontroller目前，PID控制应用特别广泛，这不仅仅是因为PID控制结构简单、易于实现，更重要的是因为PID适合于大多数控制对象在一些发达国家（如日本），PID控制的使用率达到85.4%[1].PID控制器实现且综合了关于系统过去、现在、和未来三个方面的信息，对动态过程无需太多预测只是，控制效果令人满意。

系统的控制性能很大程度上取决于PID控制器的性能，而采用不同的PID参数，控制系统的效果大不相同，控制其参数的调节和优化决定着PID控制系统最终的控制性能，所以只要我们掌握了PID各个参数的变化对控制性能的影响规律，就能够通过规律对参数调节，从而达到求取最佳PID控制的目的Simulink环境下构建PID控制系统控制系统中PID控制校正装置的传递函数为D(s)KpKd*ss其中Kp、Ki、Kd分别是比例系数、积分系数、微分系数本文以受控对象G(s)1，单位阶跃输入为例说明，(5s+1)(2s+1)(10s+1)建立模型如下图所示图1系统方框图为了让改变同一参数后系统的仿真曲线在同一图像中显示，在图1所示系统中采用了三个PID控制器，分别标号1、2、3设置PID参数名称和环境名称双击每一个“PID”元件，可以对其KpKi、Kd三个参数按下表设置设置,参数PID元件KpKiKdPID1Kp1Ki1Kd1PID2Kp2Ki2Kd2PID3Kp3Ki3Kd3将“Step”元件的“StepTime”设置为0.01将仿真环境中的“StopTime”设置为60,“Relativetoleranee”设置为1e-5。

一. 只改变PID控制器的其中一个参数而固定其他两个以判断其对系统的影响1）只改变Kp回到MATLACommanW/indows键入“Kp1=0.5;Ki仁0;Kd仁0;Kp2=2;Ki2=0;Kd2=0;Kp3=4;Ki3=0;Kd3=0;”后回车即可将三个PID控制器的Kp参数分别设置为2、4、6其余参数均设置为零再回到Simulink中点击“StartSimulink”开始仿真，仿真完毕双击Scope可得到图像1.61.4Kp的影响无PID矫正响应Kp1=2Kp2=4Kp3=6单位阶跃响应1.20.80.60.40.250100150200250300t/s图2只有Kp作用(注：我的图像并不是直接截取双击Scope后出来的图像，而是在Scope'parameters的History选项卡中“Format”选择Array后返回至UWorkspace中求曲线再修改导出的下面图像也是同样方式得到的，不再赘述)由图2可以看出来：增大比例系数Kp将加快系统的响应速度，在有静差系统中有利于减少静差，但不能完全消除静差而且过大的Kp(Kp3)会使系统超调，并产生振荡或使振荡次数增加，使调节时间变长。

过小(Kp1)又会使系统变得迟缓2)PI控制，只改变Ki在MATLABVorkspace中修改参数使Kp均为2,Ki1、2、3分别为0.1、0.2、0.3仿真的图像如下Ki影响1.8无PID矫正1.6Ki1=0.1Ki2=0.2Ki3=0.3单位阶跃响应1.41.20.80.6一0.40.250100150200250300t/s将图3与图2的Kp=2时的曲线相比较可以看出减小Ki有利于减小超调量，减小振荡，使系统更稳定1) PID控制，只改变KdKd影响在MATLABWorkspace^修改参数使Kp=2;Ki=0.1；Kd1、2、3分别为10、30、50模拟的曲线如下无PID矫正Kd1=10Kd2=30Kd3=50单位阶跃响应1.61.41.21度0.8幅0.60.40.20050100150200250300350t/s图4Kd的影响与图2中的红色曲线相比较可以看出Kd可以改善系统动态特性，可以减小超调量，但是其过大时超调量会加大，调节时间仍较长二. 结束语本文通过三个图像对PID控制器的三个参数的作用进行了简单研究可以看出这三个参数的直接影响到控制效果的好坏，所以要取得好的控制效果就要利用其特点进行调节。

参考文献：[1]高金源.计算机控制系统理论、设计和实现[M].北京：北京航空航天大学出版社,2001.[2]欧阳黎明.MATLAB空制系统系统设计[M].北京：国防工业出版社，2001.。