【正文】 調(diào)整方式分為有 轉(zhuǎn)函數(shù)和無轉(zhuǎn)移函數(shù)，一般系統(tǒng)因為不知轉(zhuǎn)移函數(shù)，所以調(diào) PID 值都會從 Relay feedback 和在線調(diào)整去著手。 (2) K、 T、 L 的求法： K：如上 圖 所示， K 值相當(dāng)于 C(t)在穩(wěn)態(tài)時的大小。這個調(diào)整法測是基于帶有延遲的一階傳遞函數(shù)模型提出的，這種對象模型可以表示為 1)( ?? ?TsKesG Ls 公式（ 31） 在實際的過程控制系統(tǒng)中，有大量的對象模型可以近似的由這樣的一階模型來表示，如果不能物理的建立起系統(tǒng)的模型，我們還可以由實驗提取相應(yīng)的模型參數(shù) [5]。解決的辦法是使克服誤差的作用的變化要有些“超前”，即在誤差接近零時，克服誤差的作用就應(yīng)該是零。 對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（ System with Steadystate Error）。 PID 控制器問世至今已有近 60 年的歷史了，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制主要和可靠的技術(shù)工具。 本論文設(shè)計中 PID 參數(shù)的整定用到的是 Mat lab 中的 SIMULINK,它 是一個強大的軟件包 ，在液壓系統(tǒng)仿真中只需要做數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)工作。 從目前 PID 參數(shù)整定方法的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀來看，以下幾個方面將是今后一段時間內(nèi)研究和實踐的重點。 ［ 4］ 自適應(yīng)技術(shù)中最主要的是自 整定。 雖然有這些缺點， PID 控制器是最簡單的有時卻是最好的控制器。閉環(huán)工作時，要求在過程中插入一個測試信號。 其次， PID 參數(shù)較易整定。在微分時間選擇合適情況下 ,可以減少超調(diào) ,減少調(diào)節(jié)時間。比例作用大 ,可以加快調(diào)節(jié) ,減少誤差 ,但是過大的比例 ,使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降 ,甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。為了達(dá)到最佳的控制效果，我們在閉環(huán)系統(tǒng)的中間加入 PID 控制器并通過調(diào)整 PID 參數(shù)來改造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性，使其達(dá)到理想的控制效果。 I 基于 MATLAB 的 PID 控制器設(shè)計 摘 要 本 論文 以溫度控制系統(tǒng)為研究對象 設(shè)計一個 PID 控制器。但這樣的系統(tǒng)如果不做任何的系統(tǒng)改造很難達(dá)到最佳的控制效果，比如快速性穩(wěn)定性準(zhǔn)確性等。其輸入 e (t) 與輸出 u (t) 的關(guān)系 為公式（ 11） 公式 （ 11） 因此它的傳遞函數(shù)為公式 （ 12） 公式（ 12） 比例調(diào)節(jié)作用： 是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差 ,系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差 ,比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。因此 ,可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。雖然很多控制過程是非線性或時變的，但通過對其簡化可以變成基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)，這樣 PID 就可控制了。 在一些情況下針對特定的系統(tǒng)設(shè)計的 PID 控制器控制得很好，但它們?nèi)源嬖谝恍﹩栴}需要解決：如果自整定要以模型為基礎(chǔ)，為了 PID 參數(shù)的重新整 定在線尋找和保持好過程模型是較難的。最重要的是，如果 PID 控制器不能控制復(fù)雜過程，無論怎么調(diào)參數(shù)都沒用。后者的應(yīng)用實例較多，這類控制器現(xiàn)在包括自整定、增益計劃設(shè)定及反饋和前饋增益的連續(xù)自適應(yīng)等功能 .這些技術(shù)極大地簡化了 PID 控制器的使用，顯著改進(jìn)了它的性能，它們被統(tǒng)稱為自適應(yīng)智能控制技術(shù)。我們也需要那些盡管需要更多的信息及計算量，但能給出較好性能的較復(fù)雜的方法。目前，在控制界 、圖像信號處理、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例積分微分控制，簡稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。 積分（ I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差訊號的積分成正比關(guān)系。其原因是 由于存在有較大慣性的組件（環(huán)節(jié)）和（或）有滯后 (delay)的組件，使力圖克服誤差的作用，其變青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 8 化總是落后于誤差的變化。調(diào)整 PID 控制器的方法中，最有名的是 ZieglerNichols 所提出的二個調(diào)整法則。 L： 延遲時間。轉(zhuǎn)移函數(shù)在用系統(tǒng)辨識方法辨識出來，之后輸入指令算出 PID 值。 圖 45 Simulink 繪出的反饋方塊圖 Step 2： 讓 Relay 做 OnOff 動作，將系統(tǒng)擾動（ OnOff 動作，將以 177。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 18 圖 412 系統(tǒng)震蕩特性圖 Step 4： 再利用 ZieglerNichols 調(diào)整法則，即可求出該系統(tǒng)之Ｋ p、 Ti， Td 之值。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 21 第五章 油冷卻機系 統(tǒng)的 PID 控制器設(shè)計 油冷卻機系統(tǒng) 本論文設(shè)計以油冷卻機溫度控制系統(tǒng)為被控對象進(jìn)行 PID 控制器的參數(shù)整定及其設(shè)計，下面介紹一下油冷卻機系統(tǒng)以及各個組成部分： 油冷卻機 圖 51 油冷卻機實 物 圖 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 22 圖 52 油冷卻機系統(tǒng)循環(huán)圖 油冷卻機系統(tǒng)循環(huán)主要可分為冷媒循環(huán)系統(tǒng)以及油循環(huán)系統(tǒng)。 控 制組件 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 24 A M + 1 2 V V i n G N D X 5R E VC O MF W D T c 1C O M T a 1 T b 1I i nX 1Y 2M X 3C M EF M + Y 1 T a 2X 2 X 6X 4C O M T c 2 圖 55 變頻器實物圖 變頻器功用： 控制器輸出的信號連結(jié) 到最終控制組件（變頻器）的輸入端，使最終控制組件依控制器所輸出信號改變頻率。 P= = = I=2L=2190=380 D=2L = 2190 =95 PID 控制系統(tǒng)調(diào)整結(jié)果 如圖 58： 圖 58 PID控制系統(tǒng)調(diào)整結(jié)果 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 27 現(xiàn)在再用 Relay feedback 法來進(jìn)行 PID 參數(shù)整定。 圖 513 PID反饋 控制 在 油冷卻機 的 使用 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 30 PID 控制器的操作面板 [15] 圖 514 PID 控制器的操作面板 123452 12 22 32 42 567891 02 62 72 82 93 0A L 1A L 2N O T U S E DC T I N P U TbBAR T DT C＋－A C 8 5～ 2 6 4 VS V 2 I N P U T＋＋－－T R N S M I TN CN OCM A I N O U T P U T 圖 515 TM109(30I)接線圖 按 MODE 鍵約 2 秒，可在 PID 控制器做設(shè)定 [17]： 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 31 圖 516 PID控制器 參數(shù)設(shè)定流程示意圖 PID 控制器： ：電壓或電流信號 (4~20mA) ：電壓或電流信號 (4~20mA) 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 32 結(jié) 論 本論文是設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)的 PID 控制器 。在第四章中研究了基于 MATLAB 的 PID 參數(shù)整定的幾種方法，并各舉一例予以說明，主 要有 Relay feedback 法，在線調(diào)整法以及系統(tǒng)辨識法，波得圖法及根軌跡法不做研究。尤其是對于 PID 控制器的設(shè)計和應(yīng)用，使我有了更加深入的了解，也使知道了在現(xiàn)代的控制系統(tǒng)設(shè)計和建立中借助好的軟件包的重要性及未來的發(fā)展趨勢。 由于本人的知識和能力有限，論文中難免存在許多不足的地方，敬請各位老師給予批評指正 . 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 34 參考文獻(xiàn) [1] 夏紅，賞星耀，宋建成 . 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[9] Aidan O39。特別是將大學(xué)所學(xué)的專業(yè)理論知識運用于實際設(shè)計中，與我們的生產(chǎn)、生活聯(lián)系在一起，讓我對自己的專業(yè)有了更濃厚的興趣，對自己的前途有了更充足的信心和更美好的憧憬。每 個階段工作的完成都使我在各個方面受益匪淺。整定的好壞不但會影響到控制質(zhì)量，而且還會影響到控制器的魯棒性 [1]。 在 PID 控制器的設(shè)計中并不是只要整定完參數(shù)就完成任務(wù)，還要進(jìn)行 PID 值的修正訂以及加干擾仿真實驗，下面就以系統(tǒng)辨識法求得的 PID 值進(jìn)行修正，其修正大多是根據(jù)經(jīng)驗。 K== 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 26 Step 2：將系統(tǒng)特性圖畫為近似曲線作為輔助，并畫出最大切線斜率，此切線斜率交于溫度軸，該溫度與起始溫度的差即為ａ。 [6] 圖 54 感測與轉(zhuǎn)換電路 由于一般電源供應(yīng)較多零件之后 ,電源是帶噪聲的 ,因此我們使用齊納二極管作為穩(wěn)壓零件 ,由于 齊納二極管的作用 ,使得 1K 電阻和 5K 可變電阻之電壓和為 ,靠 5K 可變電阻的調(diào)整可決定晶體管的射 (集極 )極電流 ,而我們須將集極電流調(diào)為 ,使得量測電壓 V 如箭頭所示為 +T/1000。 解二：利用三角比例法推導(dǎo)求得 L0 . 6 3 2 kkaT ’T ”T 圖 415利用三角比例法求出 a值 aKaTL ?? aaK aLT