matlab課程設計--二階彈簧—阻尼系統(tǒng)pid控制器設計及其參數(shù)整定

1、<p><b>　　二階彈簧—阻尼系統(tǒng)</b></p><p>　　PID控制器設計及其參數(shù)整定</p><p>　　班 級： 自動化12-1班_</p><p>　　姓 名： ________</p><p>　　學 號： _________</p><p>　　指導

2、老師： ______</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言 ………………………………………………………1</p><p>　　一、MATLAB產生的歷史背景………………………1</p><p>　　二、MATLAB的語言特點……………………………2</p><p>　

3、　三、Matlab的典型應用……………………………3</p><p>　　第一章、比例控制系統(tǒng) …………………………………4</p><p>　　第二章、積分控制系統(tǒng) …………………………………4</p><p>　　第三章、比例積分系統(tǒng) …………………………………5</p><p>　　第四章、比例積分微分系統(tǒng) ……………………………5&l

4、t;/p><p>　　第五章、原理的應用仿真 ………………………………7</p><p>　　第六章、仿真的結果 ……………………………………8</p><p>　　第七章、結果分析 ……………………………………12</p><p>　　第八章、結論 …………………………………………12</p><p>　　心得體會

5、 ………………………………………………14</p><p>　　參考文獻 ………………………………………………15</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　PID控制器結構簡單，其概念容易理解，算法易于實現(xiàn)，且具有一定的魯棒性，因此，在過程控制領域中仍被廣泛使用，除非在特殊情況下證明它不能滿足既定的性能要求。對于單輸入

6、單輸出的系統(tǒng)，尤其是階躍響應單調變化的低階對象，已有大量的PID整定方法及其比較研究。當對象的階躍響應具有欠阻尼特性時，如果仍近似為慣性對象，被忽略的振蕩特性有可能引起控制品質的惡化?，F(xiàn)有的一些針對二階欠阻尼對象的PID整定方法，例如極點配置方法,幅值相位裕量方法等，盡管在各自的假設前提下取得了較好的控制效果，但并非適用于所有的二階欠阻尼對象，其性能魯棒性問題也有待討論。</p><p>　　本文通過使用MATL

7、AB對二階彈簧—阻尼系統(tǒng)的控制器（分別使用P、PI、PID控制器）設計及其參數(shù)整定，定量分析比例系數(shù)、積分時間與微分時間對系統(tǒng)性能的影響。同時，掌握MATLAB語言的基本知識進行控制系統(tǒng)仿真和輔助設計，學會運用SIMULINK對系統(tǒng)進行仿真，掌握PID控制器參數(shù)的設計。</p><p>　　一、MATLAB產生的歷史背景</p><p>　　在20世紀70年代中期，Cleve Moler博

8、士和其同事在美國國家科學基金的資助下開發(fā)了調用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序庫。EISPACK是特征值求解的FORTRAN程序庫，LINPACK是解線性方程的程序庫。在當時，這兩個程序庫代表矩陣運算的最高水平。</p><p>　　到20世紀70年代后期，身為美國New Mexico大學計算機系系主任的Cleve Moler，在給學生講授線性代數(shù)課程時，想教學生使用EISPACK和LINPA

9、CK程序庫，但他發(fā)現(xiàn)學生用FORTRAN編寫接口程序很費時間，于是他開始自己動手，利用業(yè)余時間為學生編寫EISPACK和LINPACK的接口程序。Cleve Moler給這個接口程序取名為MATLAB，該名為矩陣（matrix）和實驗室（laboratory）兩個英文單詞的前三個字母的組合。在以后的數(shù)年里，MATLAB在多所大學里作為教學輔助軟件使用，并作為面向大眾的免費軟件廣為流傳。</p><p>　　198

10、3年春天，Cleve Moler到Stanford大學講學，MATLAB深深地吸引了工程師John Little。John Little敏銳地覺察到MATLAB在工程領域的廣闊前景。同年，他和 Cleve Moler、Sieve Bangert一起，用C語言開發(fā)了第二代專業(yè)版。這一代的MATLAB語言同時具備了數(shù)值計算和數(shù)據圖示化的功能。</p><p>　　1984年，Cleve Moler和 John Lit

11、he成立了MathWorks公司，正式把MATLAB推向市場，并繼續(xù)進行MATLAB的研究和開發(fā)。</p><p>　　在當今30多個數(shù)學類科技應用軟件中，就軟件數(shù)學處理的原始內核而言，可分為兩大類。一類是數(shù)值計算型軟件，如 MATLAB、Xmath、Gauss等，這類軟件長于數(shù)值計算，對處理大批數(shù)據效率高；另一類是數(shù)學分析型軟件，如Mathematica、Maple等，這類軟件以符號計算見長，能給出解析解和任意

12、精度解，其缺點是處理大量數(shù)據時效率較低。MathWorks公司順應多功能需求之潮流，在其卓越數(shù)值計算和圖示能力的基礎上，又率先在專業(yè)水平上開拓了其符號計算、文字處理、可視化建模和實時控制能力，開發(fā)了適合多學科、多部門要求的新一代科技應用軟件MATLAB。經過多年的國際競爭，MATLAB 已經占據了數(shù)值型軟件市場的主導地位。</p><p>　　在MATLAB進入市場前，國際上的許多應用軟件包都是直接以FORTRA

13、N和C語言等編程語言開發(fā)的。這種軟件的缺點是使用面窄、接口簡陋、程序結構不開放以及沒有標準的基庫，很難適應各學科的最新發(fā)展，因而很難推廣。MATLAB的出現(xiàn)，為各國科學家開發(fā)學科軟件提供了新的基礎。在MATLAB問世不久的20世紀80年代中期，原先控制領域里的一些軟件包紛紛被淘汰或在MATLAB上重建。</p><p>　　時至今日，經過Math Works公司的不斷完善，MATLAB已經發(fā)展成為適合多學科、多種

14、工作平臺的功能強勁的大型軟件。在國外，MATLAB已經經受了多年考驗。在歐美等高校，MATLAB已經成為線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)字信號處理、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學工具；成為攻讀學位的大學生、碩士生、博士生必須掌握的基本技能。在設計研究單位和工業(yè)部門，MATLAB被廣泛用于科學研究和解決各種具體問題。</p><p>　　二、MATLAB的語言特點</p><

15、p>　　一種語言之所以能如此迅速地普及，顯示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不同于其他語言的特點。正如同F(xiàn)ORTRAN和C等高級語言使人們擺脫了需要直接對計算機硬件資源進行操作一樣，被稱作為第四代計算機語言的MATLAB，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來。MATLAB的最突出的特點就是簡潔。MATLAB用更直觀的、符合人們思維習慣的代碼，代替了C和FORTRAN語言的冗長代碼。MATLAB給用戶帶來的是最

16、直觀、最簡潔的程序開發(fā)環(huán)境。以下簡單介紹一下MATLAB的主要特點。</p><p>　　①語言簡潔緊湊，使用方便靈活，庫函數(shù)極其豐富。MATLAB程序書寫形式自由，利用其豐富的庫函數(shù)避開繁雜的子程序編程任務，壓縮了一切不必要的編程工作。由于庫函數(shù)都由本領域的專家編寫，用戶不必擔心函數(shù)的可靠性。可以說，用MATLAB進行科技開發(fā)是站在專家的肩膀上。</p><p>　　具有FORTRAN和

17、C等高級計算機語言知識的讀者可能已經注意到，如果用FORTRAN或C語言去編寫程序，尤其當涉及矩陣運算和畫圖時，編程會很麻煩。例如，如果用戶想求解一個線性代數(shù)方程，就得編寫一個程序塊讀入數(shù)據，然后再使用一種求解線性方程的算法（例如追趕法）編寫一個程序塊來求解方程，最后再輸出計算結果。在求解過程中，最麻煩的要算第二部分。解線性方程的麻煩在于要對矩陣的元素作循環(huán)，選擇穩(wěn)定的算法以及代碼的調試都不容易。即使有部分源代碼，用戶也會感到麻煩，且不

18、能保證運算的穩(wěn)定性。解線性方程的程序用FORTRAN和C這樣的高級語言編寫至少需要好幾十行。再如用雙步QR方法求解矩陣特征值，如果用FORTRAN編寫，至少需要四百多行，調試這種幾百行的計算程序可以說很困難。以下為用MATLAB編寫以上兩個小程序的具體過程。</p><p>　　用MATLAB求解下列方程，并求矩陣A的特征值。</p><p><b>　　其中：</b>

19、;</p><p>　　解為：x=A\b；設A的特征值組成的向量為e，e=eig（A）。</p><p>　　可見，MATLAB的程序極其簡短。更為難能可貴的是，MATLAB甚至具有一定的智能水平，比如上面的解方程，MATLAB會根據矩陣的特性選擇方程的求解方法，所以用戶根本不用懷疑MATLAB的準確性。</p><p>　?、谶\算符豐富。由于MATLAB是用C語言

20、編寫的，MATLAB提供了和C語言幾乎一樣多的運算符，靈活使用MATLAB的運算符將使程序變得極為簡短。</p><p>　?、跰ATLAB既具有結構化的控制語句（如for循環(huán)、while循環(huán)、break語句和if語句），又有面向對象編程的特性。</p><p>　?、苷Z法限制不嚴格，程序設計自由度大。例如，在MATLAB里，用戶無需對矩陣預定義就可使用。</p><p

21、>　?、莩绦虻目梢浦残院芎茫旧喜蛔鲂薷木涂梢栽诟鞣N型號的計算機和操作系統(tǒng)上運行。</p><p>　?、轒ATLAB的圖形功能強大。在FORTRAN和C語言里，繪圖都很不容易，但在MATLAB里，數(shù)據的可視化非常簡單。MATLAB還具有較強的編輯圖形界面的能力。</p><p>　?、進ATLAB的缺點是，它和其他高級程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于MATLAB的程序不用編譯等

22、預處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序為解釋執(zhí)行，所以速度較慢。</p><p>　?、喙δ軓妱诺墓ぞ呦涫荕ATLAB的另一重大特色。MATLAB包含兩個部分：核心部分和各種可選的工具箱。核心部分中有數(shù)百個核心內部函數(shù)。其工具箱又可分為兩類：功能性工具箱和學科性工具箱。功能性工具箱主要用來擴充其符號計算功能、圖示建模仿真功能、文字處理功能以及與硬件實時交互功能。功能性工具箱能用于多種學科。而學科性工具箱是專業(yè)性比較強的

23、，如control、toolbox、signal processing toolbox、communication toolbox等。這些工具箱都是由該領域內的學術水平很高的專家編寫的，所以用戶無需編寫自己學科范圍內的基礎程序，而直接進行高、精、尖的研究。</p><p>　　三、Matlab的典型應用</p><p>　　MATLAB 是一種對技術計算高性能的語言。它集成了計算，可視化和

24、編程于一個易用的環(huán)境中，在此環(huán)境下，問題和解答都表達為我們熟悉的數(shù)學符號。典型的應用有：1.數(shù)學和計算；</p><p><b>　　2.算法開發(fā)；</b></p><p>　　3.建模，模擬和原形化；</p><p>　　4.數(shù)據分析，探索和可視化；</p><p>　　5.科學與工程制圖；</p>&l

25、t;p>　　6.應用開發(fā)，包括圖形用戶界面的建立.</p><p>　　第一章、比例控制系統(tǒng)</p><p>　　比例(P)控制是一種最簡單的控制方式，其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)定誤差。</p><p>　　比例控制器的傳遞函數(shù)為： 式中，</p><p&

26、gt;　　Kp稱為比例系數(shù)或增益（視情況可設置為正或負），一些傳統(tǒng)的控制器又常用比例帶（Proportional Band， PB），來取代比例系數(shù)Kp，比例帶是比例系數(shù)的倒數(shù)，比例帶也稱為比例度。</p><p>　　對于單位反饋系統(tǒng)，0型系統(tǒng)響應實際階躍信號R01(t)的穩(wěn)態(tài)誤差與其開環(huán)增益K近視成反比，即：</p><p>　　對于單位反饋系統(tǒng)，I型系統(tǒng)響應勻速信號R1(t)的穩(wěn)態(tài)誤

27、差與其開環(huán)增益Kv近視成反比, 即: </p><p>　　P控制只改變系統(tǒng)的增益而不影響相位,它對系統(tǒng)的影響主要反映在系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)定性上,增大比例系數(shù)可提高系統(tǒng)的開環(huán)增益,減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差,從而提高系統(tǒng)的控制精度,但這會降低系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性,甚至可能造成閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定,因此,在系統(tǒng)校正和設計中P控制一般不單獨使用.</p><p>　　第二章、積分控制系統(tǒng)</p>

28、<p>　　積分（I）控制具有積分控制規(guī)律的控制稱為積分控制,即I控制,I控制的傳遞函數(shù)為: 。其中, Ki 稱為積分系數(shù)。控制器的輸出信號為: U(t)=dt。或者說,積分控制器輸出信號u(t) 的變化速率與輸入信號e(t)成正比,即: 。</p><p>　　對于一個自動控制系統(tǒng),如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱這個系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng).為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器必須引入”積分項”.

29、積分項對誤差取決于時間的積分,隨著時間的增加,積分項會增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小,直到等于零.</p><p>　　通常,采用積分控制器的主要目的就是使用系統(tǒng)無穩(wěn)態(tài)誤差,由于積分引入了相位滯后,使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差,增加積分器控制對系統(tǒng)而言是加入了極點,對系統(tǒng)的響應而言是可消除穩(wěn)態(tài)誤差,但這對瞬時響應會造成不良影響,甚至造成不穩(wěn)定,因此,積分控制一般不單獨使用,通常結合比例控制器構成比例積分(PI)控制器。</p

30、><p>　　第三章、比例積分系統(tǒng)</p><p>　　比例積分(PI)控制具有比例加積分控制規(guī)律的控制稱為比例積分控制器,即PI控制,PI控制的傳遞函數(shù)為: 。其中, Kp 為比例系數(shù),Ti稱為積分時間常數(shù),兩者都是可調的參數(shù).控制器的輸出信號為: </p><p>　　PI控制器可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。</p><p>　　PI控制

31、器在與被控對象串聯(lián)時,相當于在系統(tǒng)中增加了一個位于原點的開環(huán)極點,同時也增加了一個位于s左半平面的開環(huán)零點.位于原點的極點可以提高系統(tǒng)的型別,以消除或減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差,改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能;而增加的負實部零點則可減小系統(tǒng)的阻尼程度,緩和PI控制器極點對系統(tǒng)穩(wěn)定性及動態(tài)過程產生的不利影響.在實際工程中,PI控制器通常用來改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。</p><p>　　第四章、比例積分微分系統(tǒng)</p><

32、;p>　　比例積分微分(PID)控制具有比例+積分+微分控制規(guī)律的控制稱為比例積分微分控制,即PID控制,PID控制的傳遞函數(shù)為: </p><p>　　其中, Kp 為比例系數(shù), Ti為微分時間常數(shù), 為微分時間常數(shù),三者都是可調的參數(shù).PID控制器的輸出信號為: 。PID控制器的傳遞函數(shù)可寫成: 。</p><p>　　PI控制器與被控對象串聯(lián)連接時,可以使系統(tǒng)的型別提高一級,

33、而且還提供了兩個負實部的零點.與PI控制器相比,PID控制器除了同樣具有提高系統(tǒng)穩(wěn)定性能的優(yōu)點外,還多提供了一個負實部零點,因此在提高系統(tǒng)動態(tài)系統(tǒng)方面提供了很大的優(yōu)越性.在實際過程中,PID控制器被廣泛應用。</p><p>　　PID控制通過積分作用消除誤差,而微分控制可縮小超調量,加快反應,是綜合了PI控制與PD控制長處并去除其短處的控制.從頻域角度看,PID控制通過積分作用于系統(tǒng)的低頻段,以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性

34、,而微分作用于系統(tǒng)的中頻段,以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。</p><p>　　PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據系統(tǒng)的數(shù)學模型，經過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法，它

35、主要依賴工程經驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調整與完善。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系

36、統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。</p><p>　　PID控制具有以下優(yōu)點：</p><p>　　1.原理簡單，使用方便，PID參數(shù)Kp，Ki和Kd可以根據過程動態(tài)特性變化，PID參數(shù)就可以重新進行調整與設定。</p><p>　

37、　2.適應性強，按PID控制規(guī)律進行工作的控制器早已商品化，即使目前最新式的過程控制計算機，其基本控制功能也仍然是PID控制。PID應用范圍廣，雖然很多工業(yè)過程是非線性或時變的，但通過適當簡化，也可以將其變成基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)，就可以進行PID控制了。</p><p>　　3.其控制品質對被控對象特性的變化不太敏感。但不可否認PID也有其固有的缺點。PID在控制非線性、時變、偶合及參數(shù)和結構不缺

38、點的復雜過程時，效果不是太好；最主要的是：如果PID控制器不能控制復雜過程，無論怎么調參數(shù)作用都不大。</p><p>　　第五章、原理的應用仿真</p><p>　　如圖1所示，考慮彈簧－阻尼系統(tǒng)，其被控對象為二階環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)G(S)如下，參數(shù)為M=1kg，b=2N.s/m，k=25N/m，F(xiàn)（S）=1。設計要求：</p><p>　　(1)控制器為P控制器時，

39、改變比例帶或比例系數(shù)大小，分析對系統(tǒng)性能的影響并繪制相應曲線。</p><p>　　(2)控制器為PI控制器時，改變積分時間常數(shù)大小，分析對系統(tǒng)性能的影響并繪制相應曲線。(當kp=50時，改變積分時間常數(shù))</p><p>　　(3)設計PID控制器，選定合適的控制器參數(shù)，使階躍響應曲線的超調量σ%<20%,</p><p>　　過渡過程時間ts<2s,

40、 并繪制相應曲線</p><p>　　圖1 彈簧－阻尼系統(tǒng)示意圖</p><p>　　彈簧－阻尼系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：</p><p>　　圖2 閉環(huán)控制系統(tǒng)結構圖</p><p>　　附：P控制器的傳遞函數(shù)為：</p><p>　　PI控制器的傳遞函數(shù)為：</p><p>　　PID控制器的傳遞

41、函數(shù)為：</p><p><b>　　第六章、仿真的結果</b></p><p>　　一、P控制器：(分別取比例系數(shù)K等于1、10和50，得圖所示)</p><p>　　Scope輸出波形：</p><p>　　二、PI控制器：(K=50，分別取積分時間Ti等于10、1和0.1，得圖所示)</p><

42、p>　　Scope輸出波形：</p><p>　　三、PID控制器： (取K=50,Ti=100,Td=10)</p><p>　　Scope輸出波形：</p><p>　　計算超調量mp，峰值時間Tp，上升時間Tr和調節(jié)時間Ts的源程序清單：</p><p>　　t=[1:0.005:10]';</p><

43、p>　　ut=[t,ones(size(t))];</p><p>　　[t,x,y]=sim('example',10,[],ut);</p><p>　　plot(t,y);</p><p><b>　　grid;</b></p><p>　　xlabel('t(sec)');&

44、lt;/p><p>　　ylabel('y(t)');</p><p>　　N=length(t); yss=y(N); %yss:穩(wěn)態(tài)值</p><p>　　[ymax,i]=max(y);</p><p>　　mp=(ymax-yss)*100/yss</p><p>　　Tp=t(i)

45、 %Tp：峰值時間</p><p>　　yr1=0.1*yss; yr2=0.9*yss;</p><p><b>　　i=1;</b></p><p>　　while y(i)<yr1</p><p><b>　　i=i+1;</b></p>

46、<p><b>　　end</b></p><p><b>　　t1=t(i);</b></p><p>　　while y(i)<yr2</p><p><b>　　i=i+1;</b></p><p><b>　　end</b>&l

47、t;/p><p><b>　　t2=t(i);</b></p><p>　　Tr=t2-t1 %調整時間</p><p>　　symbol=0; </p><p>　　for i=1:1:N</p><p>　　for j=1

48、:1:N-i</p><p>　　if(abs(y(i+j)-yss)/yss>0.02) </p><p><b>　　symbol=1;</b></p><p><b>　　end </b></p><p><b>　　end</b></p><p

49、>　　if symbol==1</p><p><b>　　symbol=0;</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　end</b></p>

50、<p><b>　　end</b></p><p><b>　　Ts=t(i)</b></p><p><b>　　結果輸出：</b></p><p><b>　　mp =</b></p><p><b>　　1.4617</b&

51、gt;</p><p><b>　　Tp =</b></p><p><b>　　0.5301</b></p><p><b>　　Tr =</b></p><p><b>　　0.2686</b></p><p><b>

52、;　　Ts =</b></p><p><b>　　0.3561</b></p><p><b>　　圖像輸出：</b></p><p><b>　　第七章、結果分析</b></p><p>　　1.P控制器只改變系統(tǒng)的增益而不影響相位,它對系統(tǒng)的影響主要反映在系統(tǒng)

53、的穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)定性上,增大比例系數(shù)可提高系統(tǒng)的開環(huán)增益,減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差,從而提高系統(tǒng)的控制精度,但這會降低系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性,甚至可能造成閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。</p><p>　　2.PI控制器消除或減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差,改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。</p><p>　　3.PID控制通過積分作用消除誤差,而微分控制可縮小超調量,加快反應,是綜合了PI控制與PD控制長處并去除其短處的控制.從頻域角度

54、看,PID控制通過積分作用于系統(tǒng)的低頻段,以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,而微分作用于系統(tǒng)的中頻段,以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。</p><p><b>　　第八章、結論</b></p><p>　　通過使用MATLAB對二階彈簧—阻尼系統(tǒng)的控制器（分別使用P、PI、PID控制器）設計及其參數(shù)整定，定量分析比例系數(shù)、積分時間與微分時間對系統(tǒng)性能的影響。掌握MATLAB語言的基本知識進行

55、控制系統(tǒng)仿真和輔助設計，學會運用SIMULINK對系統(tǒng)進行仿真，掌握PID控制器參數(shù)的設計。在簡單的分析PID參數(shù)整定發(fā)展的基礎上, 進一步理解傳統(tǒng)PID參數(shù)整定具有物理意義明確、易于掌握的優(yōu)點以及其參數(shù)優(yōu)化不夠的缺點。</p><p>　　PID參數(shù)的整定是為控制服務的,從PID參數(shù)整定發(fā)展的歷程以及以后的演化趨勢我們可以得到下面兩點啟示:</p><p>　　(1)將魯棒控制思想引入P

56、ID參數(shù)整定, 可以使所設計的PID控制器適應生產過程中不確定性變化的能力增強.PID控制器本身就具有一定的魯棒性,但在用于實際過程控制時還存在一些問題,主要有兩點:</p><p>　　一、是控制器適應不確定性變化的能力不夠強,難以適應大范圍的不確定性變化；</p><p>　　二、是在不確定性范圍內系統(tǒng)性沒有綜合考慮,一致性差。運用內?？刂?滑?？刂圃淼榷伎梢栽O計魯棒PID控制器。另

57、外,魯棒PID控制器在現(xiàn)有PLC(可編程邏輯控制器),DCS(集散型控制系統(tǒng))和FCS(現(xiàn)場總線控制系統(tǒng))中都有方便實施,不需要增加任何硬件設備投資就可得到良好的控制效果,具有較高的推廣價值。</p><p>　　(2)運用綜合智能系統(tǒng)理論與PID參數(shù)整定方法結合開發(fā)多模態(tài)控制器是今后新型控制器發(fā)展的方向.運用AI(人工智能),NN(人工神經網絡),FL(模糊邏輯)，EC(進化計算),CMAC(小腦模型)等原理與

58、傳統(tǒng)PID控制器融合可以開發(fā)各種性能的先進控制器, 如模糊控制器與PID控制器構成的雙模態(tài)控制器就是其中的典型,模糊控制器仿人作用完成粗調,使系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)點；PID控制器完成細調, 克服穩(wěn)態(tài)點附近的小幅值振蕩。</p><p>　　近年來,DCS控制的發(fā)展為作為基礎控制級的現(xiàn)場控制器的更新提供了更大的機遇, 但PID控制仍以其獨有的優(yōu)勢被人們保留下來, 只不過PID控制器的性能一步步提高.所以，PID控制器的參數(shù)

59、整定主要走融合發(fā)展的道路,具體體現(xiàn)在以下兩個方面:</p><p>　　(1)先進控制理論對PID整定的促進作用。自適應控制中的MRAS,STR模型適應與調節(jié)器適應思想可能導致非線性自適應PID控制器。神經網絡權值的在線學習有望擺脫PID參數(shù)整定對模型的依賴性。</p><p>　　(2)數(shù)學模型的新的辨識技術會推動人們對PID參數(shù)整定的概念的更深刻的理解。</p><

60、p><b>　　心得體會</b></p><p>　　正所謂“紙上得來終覺淺，覺知此事要躬行”學習任何知識，僅從理論上去求知，而不去實踐、探索是不夠的。因此在學期末來臨之際，我們迎來了MATLAB課程設計。</p><p>　　通過為期一周的MATLAB課程設計，我對MATLAB這個仿真軟件有了更進一步的認識和了解。在這一周半時間里，我通過自己摸索，查閱資料，并

61、且在指導老師老師的指導下完成了：語音信號的采集及分析；給原始信號加上一個高頻噪聲；設計一個濾波器，濾除高頻噪聲；并最終將課程設計報告總結完畢。</p><p>　　在整個設計過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了獨立思考和設計的能力，樹立了對知識應用的信心，相信會對今后的學習工作和生活有非常大的幫助，并且提高了自己的動手實踐操作能力，使自己充分體會到了在設計過程中的成功喜悅。雖然這個設計做的不怎么好，但是在設計過程中所

62、學到的東西是這次課程設計的最大收獲和財富，使我終身受益。</p><p>　　在沒有做課程設計以前，覺得課程設計只是對知識的單純總結，但是通過這次課程設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面，課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，也是對自己能力的一種提高，通過這次課程設計使自己明白了原來的那點知識是非常欠缺的，要學習的東西還很多，通過這次課程設計，明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作和生活中都應該不斷的學習，努力提高

63、自己的知識和綜合素質。希望以后像這樣的課程設計在多一點。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]欠阻尼對象的最優(yōu) PID 控制器參數(shù)整定方法，薛亞麗，李東海，呂崇德，系統(tǒng)仿真學報，2004年10月。</p><p>　　[2]王亞剛.基于頻域辨識的PID 控制器自整定的研究[D]. 上海:上海交通大學自動化研究

64、所,1999。</p><p>　　[3]PID參數(shù)整定發(fā)展的趨勢，宋運忠，焦作工學院學報,第5期,1999年9月</p><p>　　[4]PID自適應控制，夏紅,王慧,李平，信息與控制,1996。</p><p>　　[5]奧斯特隆姆KJ,B.威頓馬克著.自適應控制[M]:李清泉等譯.北京:科學出版社,1992。</p><p>　　[6