【正文】 在我遇到困難時(shí)，他們總是及時(shí)地幫助我理清思路解決困惑，最終跨 過了一個(gè)又一個(gè)障礙，順利地完成了畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)工作。為了很好地完成設(shè)計(jì)任務(wù)，我經(jīng)常去圖書館或者上網(wǎng)搜集各種資料文獻(xiàn)，向指導(dǎo)老師和各位同學(xué)請教，并且翻閱以前的課本、筆記，熟悉之前學(xué)過的相關(guān)知識。 在 第一章緒論中說明了本課題的意義， MATLAB 軟件的應(yīng)用以及在這個(gè)方面的發(fā)展趨勢。 系統(tǒng)加干擾仿真實(shí)驗(yàn)： 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 圖 512干擾仿真實(shí)驗(yàn)響 應(yīng)曲線 由上圖可知道，就算系統(tǒng)臨時(shí)發(fā)生變化，也能馬上恢復(fù)到設(shè)定值。即為Ｌ L=190 Step 4：先找出 的溫度值，畫水平線與特性曲線相交，得知時(shí)間軸之值，此值與延遲時(shí)間相減，即為時(shí)間常數(shù)Ｔ。 6V 齊納二極管的作用如 齊納二極管 的作用 ,我們利用它調(diào)出 ,因此電壓追隨器的輸出電壓 V1 亦為 。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 波德圖法及根軌跡法 利用系統(tǒng)辨識出來的轉(zhuǎn)移函數(shù)，使用 MATLAB 軟件去做系統(tǒng)仿真。 圖 411 Step 3：調(diào)整 KP使系統(tǒng)震蕩，震蕩時(shí)的 KP即為臨界增益 KU，震蕩周期即為 TV。 Relay feedback 調(diào)整法 圖 43 Relay feedback 調(diào)整法 如上圖 43 所示，將 PID 控制器改成 Relay，利用 Relay 的 OnOff 控制，將系統(tǒng)擾動(dòng)，可得到該系統(tǒng)于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的震蕩周期及臨界增益（ Tu 及Ｋ u），在用下表 44 的ZieglerNichols 第一個(gè)調(diào)整法則建議 PID 調(diào)整值 ，即可算出該系統(tǒng)之Ｋ p、 Ti、 Tv 之值。 （ 3） 波德圖 amp。 T:時(shí)間常數(shù)。但實(shí)際的 被控對象 往往是非線性系統(tǒng)，且系統(tǒng)復(fù)雜，難以精確地用數(shù)學(xué)式表達(dá)。 微分（ D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差訊號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。其控制器的輸出與輸入誤差訊號成比例關(guān)系。 反饋 控制是指將所要求的設(shè)定值與系統(tǒng)的輸出值做比較，求其偏差量，利用這偏差量將系統(tǒng)輸出值使其與設(shè)定值調(diào)為一致。其中包括 :一般數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、數(shù)字信號處理、建模和系統(tǒng)控制和優(yōu)化等應(yīng)用程序，并將應(yīng)用程序和圖形集于便于使用的集成環(huán)境中。 PID 控制算法是迄今為止最通用的控制策略 .有許多不同的方法以確定合適的控制器青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 參數(shù) .這些方法區(qū)分于復(fù)雜性、靈活性及使用的過 程知識量。自適應(yīng) PID 的應(yīng)用途徑的不斷擴(kuò)大使得對其整定方法的應(yīng)用研究變得日益重要。自動(dòng)整定通常是指根據(jù)開環(huán)狀態(tài) 確定的簡單過程模型自動(dòng)計(jì)算 PID 參數(shù)。PID 參數(shù)自整定就是為了處理 PID 參數(shù)整定這個(gè)問題而產(chǎn)生的。在很多情況下，并不一定需要全部三個(gè)單元，可以取其中的一到兩個(gè)單元，但比例控制單元是必不可少的。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合 ,組成 PI 調(diào)節(jié)器或 PID 調(diào)節(jié)器 。 PID 控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。 關(guān)鍵詞 ： PID 參 數(shù) 整定 ； PID 控制器 ； MATLAB 仿真 ； 冷卻機(jī) ； II Design of PID Controller based on MATLAB Abstract This paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller. Pid control is the most mon control method up until now。 PID 控制器（亦稱調(diào)節(jié)器）及其改進(jìn)型 因此成為 工業(yè)過程控制中最常見的控制器 (至今在全世界過程控制中用的 84%仍是純 PID 調(diào)節(jié)器，若改進(jìn)型包含在內(nèi)則超過 90%)。反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測量、比較和執(zhí)行。因?yàn)橛姓`差 ,積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行 ,直至無差 ,積分調(diào)節(jié)停止 ,積分調(diào)節(jié)輸出一個(gè)常值。此外 ,微分反應(yīng)的是變化率 ,而當(dāng)輸入沒有變化時(shí) ,微分作用輸出為零。如果過程的動(dòng)態(tài)特性變化，例如可能由負(fù)載的變化引起系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性變化， PID 參數(shù)就可以重新整定。 如果自整定是基于控制律的，經(jīng)常難以把由負(fù)載干擾引起的影響和過程動(dòng)態(tài)特性變化引起的影響區(qū)分開來，因此受到干擾的影響控制器會產(chǎn)生超調(diào)，產(chǎn)生一個(gè)不必要的自適應(yīng)轉(zhuǎn)換。 自 Ziegler 和 Nichols 提出 PID 參 數(shù)整定方法起，有許多技術(shù)已經(jīng)被用于 PID 控制器的手動(dòng)和自動(dòng)整定 .根據(jù)發(fā)展階段的劃分，可分為常規(guī) PID 參數(shù)整定方法及智能 PID 參數(shù)整定方法；按照被控對象個(gè)數(shù)來劃分，可分為單變量 PID 參數(shù)整定方法及多變量 PID 參數(shù)整定方法，前者包括現(xiàn)有大多數(shù)整定方法，后者是最近研究的熱點(diǎn)及難點(diǎn)；按控制量的組合形式來劃分，可分為線性 PID 參數(shù)整定方法及非線性 PID 參數(shù)整定方法，前者用于經(jīng)典 PID調(diào)節(jié)器，后者用于由非線性跟蹤 微分器和非線性組合方式生成的非線性 PID 控制器。 ［ 4］ 在基于模型的自整定方法中，可以通過暫態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)、參數(shù)估計(jì)及頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)來獲得過程模型。 ②對于多入多出被控對象，需要研究針對具有顯著耦合的多變量過程的多變量 PID 參數(shù)整定方法，進(jìn)一步完善分散繼電反饋方法，盡可能減少所需先驗(yàn)信息量，使其易于在線整定。其仿真結(jié)果是否可用，取決于數(shù)學(xué)模型正確與否，因此要注意模型的合理及輸入系統(tǒng)的參數(shù)值要準(zhǔn)確。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來 獲得系統(tǒng)的參數(shù)的時(shí)候，便最適合用 PID 控制技術(shù)。積分項(xiàng)對誤差取關(guān)于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會增大。 所以對有較大慣性和（或）滯后的被控對象，比例 +微 分 (PD)的控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。這個(gè) S 狀曲線稱之為過程反應(yīng)曲線（ process reaction curve）。 T 及 L 值與 C(t)及切線的關(guān)系如上 圖 37 所示。 ［ 15］ 所以整理出來，調(diào) PID 值的方法有在線調(diào)整法、 Relay feedback、波德圖法、根軌跡法。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 圖 47 系統(tǒng)震蕩特性曲線 Step 4： 取得 Tu 及 a，帶入公式 31，計(jì)算出Ｋ u。 ※上表 中， a 的解法可有以下 2 種： 解一：如下圖 415 中可先觀察系統(tǒng)特性曲線圖，辨識出 a 值。 PT100 溫度傳感器是一青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 種以 白金 (Pt)作成的電阻式溫度檢測器 ,屬于正電阻系數(shù) ,其電阻和溫度變化的關(guān)系式如下： R=Ro(1+αT) 其中 α=,Ro 為 100Ω(在 0℃ 的電阻值 ),T 為攝氏溫度 Vo= 100(1+)=+T/1000 。下面是油冷卻機(jī)系統(tǒng)的系統(tǒng)特性求解圖： 圖 57 系統(tǒng)特性 求解圖 Step 1：系統(tǒng)的起始溫度及穩(wěn)定溫度差值即為Ｋ。在線調(diào)整法 一 樣，在此就不再詳解。 PID 控制中一個(gè)至關(guān)重要的問題，就是控制器三參數(shù)（比例系數(shù)、積分時(shí)間、微分時(shí)間）的整定。從拿到設(shè)計(jì)題目到最后成設(shè)計(jì)并定稿，其間經(jīng)歷了翻閱相關(guān)資料、熟悉基礎(chǔ)知識、學(xué)習(xí) MATLAB 軟件的使用，到開始寫論文以及最后的修改和裝訂成冊這幾個(gè)階段?？偟恼f來，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，我在各方面都有了很大的進(jìn)步。Dwyer, Handbook of PI and PID controller tuning rules, New Jersey, World Scientific, c2020:125129. [10] 李言俊 ,張科 .系統(tǒng)辨識理論及應(yīng)用 .國防工業(yè)出版社 ,2020,1619. [11] Bristol E simple adaptive system for industrial control. Instrumentation Technology, 1967(June), 156159. [12] 佚名 .PID 調(diào)節(jié)概念及基本理論 .2020,中國自動(dòng)化網(wǎng) . [13] 原菊梅 .參數(shù)整定的研究 .北京工商大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 ) 2020,22(4),4042. [14] 劉金琨 .先進(jìn) PID 控制及 MATLAB 仿真 .電子工業(yè)出版社 ,2020 年 10 月 ,214218. [15] 沈金鐘 .PID 控制器 :理論 .調(diào)整與實(shí)現(xiàn) . 臺中市 :滄海書局 出版社 ,2020,6874. [16] 陶永華 .新型 PID 控制及其應(yīng)用 .北京 :電氣自動(dòng)化新技術(shù)叢書 ,2020 年 2 版 ,131140. [17] Aniruddha Datta, MingTzu Ho, and Shankar P. Bhattacharyya, Structure and synthesis of PID controllers, New York, 2020, 7581. 。在這次設(shè)計(jì)過程中，我明顯感覺到自己在許多方面存在不足，譬如，對 Word 的熟練使用，對 MATLAB 軟件的應(yīng)用，對 PID 控制器的認(rèn)識等等。 以上幾章的知識是控制器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在接下來的第五章里面便結(jié)合油冷卻機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用以上幾章的知識進(jìn)行 PID 控制器的參數(shù)整定及設(shè)計(jì) 。 PID 調(diào)節(jié)器從問世至今已歷經(jīng)了半個(gè)多世紀(jì)，在這幾十年中，人們?yōu)樗陌l(fā)展和推廣做出了巨大的努力，使之成為工業(yè)過程控制中主要的和可靠的技術(shù)工具。 由辨識出的傳遞函數(shù)為)( 190?? ?sesG s，以 MATLAB 算出延遲 190 秒的一階方程式， [num,den]=pade(190,1) num = den = 在 simulink 中繪出方塊圖 59 圖 59 simulink 中繪出的方塊圖 讓 Relay 做 OnOff 動(dòng)作，將系統(tǒng)擾動(dòng)（ OnOff 動(dòng)作，將以 177。 在前面介紹了系統(tǒng)辨識和基于 MATLAB 進(jìn)行 PID 參 數(shù)整定的幾種方法，現(xiàn)在就來設(shè)計(jì)油冷卻機(jī)系統(tǒng)中的 PID 控制器，也就是進(jìn)行 PID 參數(shù)的整定。冷媒循環(huán)系統(tǒng)即為一般常見之制冷循環(huán)，而油循環(huán)則是將油打出后經(jīng)過負(fù)載加熱，再與冷媒循環(huán)的蒸發(fā)器作熱交換，再流回油槽做冷卻用。 針對有轉(zhuǎn)移函數(shù)的 PID 調(diào)整方法 系統(tǒng)辨識法 系統(tǒng) 反饋 方塊圖在上述無轉(zhuǎn)移函數(shù) PID 調(diào) 整法則有在線調(diào)整法與 Relay feedback 調(diào)整法之外，也可利用系統(tǒng)辨識出的轉(zhuǎn)移函數(shù)在計(jì)算機(jī)仿真求出 PID 值，至于系統(tǒng)辨識轉(zhuǎn)移函數(shù)技巧在第三章已敘述過，接下來是要把辨識出來的轉(zhuǎn)移函數(shù)用在 反饋 控制圖，之后應(yīng)用系統(tǒng)辨識的經(jīng)驗(yàn)公式 ZieglerNichols 第二個(gè)調(diào)整法求出 PID 值， ［ 13］ 如下表 414 所示。１做模擬），如下圖 46 所示。 [13] 調(diào)整方式 圖 41 PID調(diào)整方式 如上描述之 PID