【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 k繪出反饋方塊圖。轉(zhuǎn)移函數(shù)在用系統(tǒng)辨識(shí)方法辨識(shí)出來，之后輸入指令算出PID值。 PID調(diào)整方式PID調(diào)整方式有轉(zhuǎn)移函數(shù)無轉(zhuǎn)移函數(shù)系統(tǒng)辨識(shí)法波德圖根軌跡Relay feedback在線調(diào)整圖31 PID調(diào)整方式 如圖32所示PID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?yàn)椴恢D(zhuǎn)移函數(shù)，所以調(diào)PID值都會(huì)從Relay feedback和在線調(diào)整去著手。波德圖及根軌跡則相反，一定要有轉(zhuǎn)移函數(shù)才能去求PID值，那這技巧就在于要用系統(tǒng)辨識(shí)方法，辨識(shí)出轉(zhuǎn)移函數(shù)出來，再用MATLAB里的Simulink畫出反饋方塊圖，調(diào)出PID值。 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[11]。前提是要由系統(tǒng)辨識(shí)出轉(zhuǎn)移函數(shù)才可以使用波德圖法和根軌跡法，如下圖32所示。圖32 由系統(tǒng)辨識(shí)法辨識(shí)出轉(zhuǎn)移函數(shù) 在一般實(shí)際系統(tǒng)中，往往因?yàn)檫^程系統(tǒng)轉(zhuǎn)移函數(shù)要找出，之后再利用系統(tǒng)仿真找出PID值，但是也有不需要找出轉(zhuǎn)移函數(shù)也可調(diào)出PID值的方法，以下一一介紹。 Relay feedback調(diào)整法圖33 Relay feedback調(diào)整法 如上圖33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Ｋu），在用下表31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Ｋp、Ti、Tv之值。表31 ZieglerNichols第一個(gè)調(diào)整法則建議PID調(diào)整值ControllerPPIPID Relay feedback 在計(jì)算機(jī)做仿真Step 1:以MATL AB里的Simulink繪出反饋方塊，如下圖34示。圖34 Simulink繪出的反饋方塊圖Step 2:讓Relay做OnOff動(dòng)作，將系統(tǒng)擾動(dòng)（OnOff動(dòng)作，將以 177。１做模擬），如下圖35所示。圖35 參數(shù)設(shè)置　Step 3:即可得到系統(tǒng)的特性曲線，如下圖36所示。圖36 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Ｋu。以下為Relay feedback臨界震蕩增益求法 （31）ａ：振幅大小?。洌弘妷褐祱D3－7在線調(diào)整法示意圖 在不知道系統(tǒng)轉(zhuǎn)移函數(shù)的情況下，以在線調(diào)整法，直接于PID控制器做調(diào)整，亦即PID控制器里的I值與D值設(shè)為零，只調(diào)P值讓系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩，這時(shí)的P值為臨界震蕩增益Ｋv，之后震蕩周期也可算出來，只不過在線調(diào)整實(shí)務(wù)上與系統(tǒng)仿真差別在于在實(shí)務(wù)上處理比較麻煩，要在PID控制器輸出信號(hào)端在串接電流表，即可觀察所調(diào)出的P值是否會(huì)震蕩，雖然比較上一個(gè)Relay feedback法是可免除拆裝Relay的麻煩，但是就經(jīng)驗(yàn)而言在實(shí)務(wù)上線上調(diào)整法效果會(huì)較Relay feedback 差，在線調(diào)整法也可在計(jì)算機(jī)做出仿真調(diào)出PID值，可是前提之下如果在計(jì)算機(jī)使用在線調(diào)整法還需把系統(tǒng)轉(zhuǎn)移函數(shù)辨識(shí)出來，但是實(shí)務(wù)上與在計(jì)算機(jī)仿真相同之處是PID值求法還是需要用到調(diào)整法則ZieglerNichols經(jīng)驗(yàn)法則去調(diào)整，與Relay feedback的經(jīng)驗(yàn)法則一樣，調(diào)出PID值。 Step 1:以MATLAB里的Simulink繪出反饋方塊，如下圖38所示圖38反饋方塊圖PID方塊圖內(nèi)為：圖39 PID方塊圖 Step 2:將Td調(diào)為0，Ti無限大，讓系統(tǒng)為P控制，如下圖310所示：圖310 PID方塊圖 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。（使在線調(diào)整時(shí)，不用看a求KU），如下圖311所示：圖311 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Ｋp、Ti，Td之值。 針對(duì)有轉(zhuǎn)移函數(shù)的PID調(diào)整方法圖312由系統(tǒng)辨識(shí)法辨識(shí)出轉(zhuǎn)移函數(shù) 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(shí)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(shí)轉(zhuǎn)移函數(shù)技巧在第三章已敘述過，接下來是要把辨識(shí)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(shí)的經(jīng)驗(yàn)公式ZieglerNichols第二個(gè)調(diào)整法求出PID值， 如下表32所示。表32 ZieglerNichols第二個(gè)調(diào)整法則建議PID調(diào)整值controllerPPI()*PID()*2L 為本專題將經(jīng)驗(yàn)公式修正后之值 上表32為延遲時(shí)間。 上表32解法可有以下2種：解一：如下圖313中可先觀察系統(tǒng)特性曲線圖，辨識(shí)出a值。解二：利用三角比例法推導(dǎo)求得圖313利用三角比例法求出a值 （32） 用ZieglerNichols第一個(gè)調(diào)整法則求得之PID控制器加入系統(tǒng)后，一般閉環(huán)系統(tǒng)階躍響應(yīng)最大超越的范圍約在10%~60%之間。 所以PID控制器加入系統(tǒng)后往往先根據(jù)ZieglerNichols第二個(gè)調(diào)整法則調(diào)整PID值，然后再微調(diào)PID值至合乎規(guī)格為止。利用系統(tǒng)辨識(shí)出來的轉(zhuǎn)移函數(shù)，使用MATLAB軟件去做系統(tǒng)仿真。由于本設(shè)計(jì)中PID參數(shù)的整定主要是基于系統(tǒng)辨識(shí)及ZieglerNichols調(diào)整法則，所以在此不用波德圖法及根軌跡法。 仿真結(jié)果及分析 以下就是在Simulink中創(chuàng)建的用 PID算法控制電烤箱溫度的結(jié)構(gòu)圖：314 電烤箱PID控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖在圖中的PID模塊中對(duì)三個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，在Transport Delay模塊中設(shè)定滯后時(shí)間30秒。通過不斷調(diào)整PID三參數(shù)，得到最佳仿真曲線，其中KP=3，KI=，KD=0 當(dāng)給定值為100和150時(shí)，得到仿真結(jié)果分別如下： 315 給定值為100時(shí)的響應(yīng)曲線316 給定值為150時(shí)的響應(yīng)曲線圖315為給定值為100時(shí)的響應(yīng)曲線，圖316為給定值為150時(shí)的響應(yīng)曲線，由這兩個(gè)圖可以計(jì)算出可見性能指標(biāo)為: 調(diào)節(jié)時(shí)間ts =200s，超調(diào)量σ%約為10%，穩(wěn)態(tài)誤差 ess = 0。 在本設(shè)計(jì)中， 400秒到430秒之間加入一個(gè)+50的干擾（暫態(tài)干擾），如下圖所示：317 干擾曲線圖318是在Simulink中創(chuàng)建的帶干擾的電烤箱 PID控制系統(tǒng)的仿真結(jié)構(gòu)圖：318 帶干擾的電烤箱的PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖319 帶干擾的電烤箱的PID控制響應(yīng)曲線 上圖為帶干擾的電烤箱的PID控制響應(yīng)曲線 ，從圖中可以看到再加入干擾后系統(tǒng)的PID控制能較好的抑制這種干擾，在干擾過后，很快就能恢復(fù)到目標(biāo)值?？? 結(jié) 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。即使在微處理技術(shù)迅速發(fā)展的今天，過程控制中大部分控制規(guī)律都未能離開PID，這充分說明PID控制仍具有很強(qiáng)的生命力。由于PID 控制器具有原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，所以在本設(shè)計(jì)中對(duì)于電烤箱的溫控系統(tǒng)我們選擇PID進(jìn)行控制。在第一章緒論中說明了溫度控制的意義，MATLAB軟件的應(yīng)用以及在這個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì)。第二章簡(jiǎn)單介紹了被控對(duì)象和幾種控制方案，在第三章中介紹了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(shí)法，波得圖法及根軌跡法不做研究以及電烤箱在MATLAB中的PID控制結(jié)構(gòu)圖以及其仿真結(jié)果，得到在加入干擾信號(hào)后的系統(tǒng)的PID能較好的抑制這種干擾，并在干擾過后能很快恢復(fù)到目標(biāo)值。參考文獻(xiàn)[1] [D]:[碩士論文].北京。中國(guó)科技研究院電工研究所,2002.[2] [J].2008.[3] 于海先,[M].北京:清華大學(xué)出版社,1998.[4] [M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1997.[5] Isidro sanchez,Julio Rbanga,Antonio Alonso,temperatuie control in microwave bination ovens[J].Joural of food ,46。2129.[6] 鄂景華,自動(dòng)控制原理[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1996. 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[M].2011(2)4548.[11] 呂劍虹,[J].中國(guó)電機(jī)學(xué)報(bào),1999(1)1618.致 謝 經(jīng)過幾個(gè)月的不斷努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于如期完成。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(shí)、學(xué)習(xí)鞏固MATLAB軟件的使用，到開始寫論文以及最后的修改和裝訂成冊(cè)這幾個(gè)階段。每個(gè)階段工作的完成都使我在各個(gè)方面受益匪淺。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我的任務(wù)是完成PID溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（MATLAB）。為了很好地完成設(shè)計(jì)任務(wù)，我經(jīng)常上網(wǎng)搜集各種資料文獻(xiàn)，向指導(dǎo)老師和各位同學(xué)請(qǐng)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(shí)。這些不僅僅鞏固了我以前所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，而且使我接觸了許多以前沒接觸過的新知識(shí)，大大地?cái)U(kuò)寬了我的知識(shí)面。尤其是對(duì)于PID控制器的設(shè)計(jì)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(jì)和建立中借助好的軟件包的重要性及未來的發(fā)展趨勢(shì)。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(duì)Word的熟練使用，對(duì)MATLAB軟件的應(yīng)用，對(duì)PID控制器的認(rèn)識(shí)，電烤爐的了解等等。我借此機(jī)會(huì)不斷學(xué)習(xí)，努力提高多方面的能力，彌補(bǔ)自己的不足?？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。特別是將大學(xué)所學(xué)的專業(yè)理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際設(shè)計(jì)中，讓我對(duì)自己的專業(yè)有了更濃厚的興趣，對(duì)自己的前途有了更充足的信心和更美好的憧憬。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我得到了馬中武老師的悉心指導(dǎo)和幫助。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。 外文文獻(xiàn)IntroductionMATLAB is a highlevel technical puting language and interactive environment for algorithm development, data visualization, data analysis, and numeric putation. Using MATLAB, you can solve technical puting problems faster than with traditional programming languages, such as C, C++, and Fortran. You can use MATLAB in a wide range of applications, including signal and image processing, munications, control design, test and measurement, financial modeling and analysis, and putational biology. Addon toolboxes (collections of specialpurpose MATLAB functions, available separately) extend the MATLAB environment to solve particular classes of problems in these application areas. MATLAB provides a number of features for documenting and sharing your work. You can integrate your MATLAB code with other languages and applications, and distribute your MATLAB algorithms and applications.Software IntroductionThe MATLAB174。 environment is well suited to rapid prototyping and applicat