【文章內容簡介】 于強大的繪圖功能，使得設計結果更清晰明了，更具有說服力，有助于對 PID 控制器的各項參數理解，整定及設計方法的掌握。在設計控制系統(tǒng)時，可靈活運用本設計繪出系統(tǒng)的響應圖，求出控制器的各項參數。校正前后的性能指標，而把更多的時間和精力放在關鍵問題的思考上，具有重要的現實意義和工程應用價值。 基于 MATLAB 的 PID 控制器設計 —— 界面設計 9 第三章 PID控制器界面設計 根據自動控制原理中控制系統(tǒng)設計及 PID校正網絡系統(tǒng)的相關理論知識，先了解所需的各種輸入信息、輸出信息。經過分析可得知所設計的 PID控制器設 計工具的界面應分為校正輸入、校正輸出、提示信息等主要部分組成。其中校正輸入信息中應包括被校正系統(tǒng)傳遞函數的輸入、穩(wěn)態(tài)誤差的要求?? 第一節(jié) 界面布置 1． 在 MATLAB界面里，從 FILE文件中選擇 NEW→ GUI，選擇 Blank（ Default），得到下圖： 圖 31 2． 在生成的新界面左側控件模版區(qū)選用所需的各類型控件，如 static text, edit box, popupmenu, frame, pushbutton，如圖： 圖 32 控件選擇 武漢工業(yè)學院畢業(yè)論文 10 PID控制器原理布置輸入界面，選擇 Static Text,Popup Menu,Frame,Pushbutton四種控件，如圖： 圖 33 Popup Menu中顯示 5個選項： Go(s)=Ko/s(1+To*s) Go(s)=Ko/(1+To1*s)(1+To2*s), To1To2 Go(s)=Ko/s(1+To1*s)(1+To2*s) Go(s)=Ko/(1+To1*s)(1+To2*s)(1+To3*s), To3To1,To2 Go(s)=Ko/s(1+To1*s)(1+To2*s)```(1+Ton*s), n=3, To1To2,``Ton 設置 Static Text為分子、分母的顯示， 設置 Pushbutton作為確定選擇按鈕。 3． 選用 Static Text和 Frame布置輸出界面： 圖 34 這里用來顯示輸出信息和響應結果 表示提示信息的部分用藍色字體表示， PI和 PID顯示用黃色字體顯示而表示 輸出信息顯示的為空白。 基于 MATLAB 的 PID 控制器設計 —— 界面設計 11 Pushbutton作為校正后 Bode圖和階躍響應圖的顯示按鈕和重置、幫助按鈕 圖 35 ，然后保存為 aaa，同時生成 兩個文件。 圖 36 武漢工業(yè)學院畢業(yè)論文 12 第二節(jié) 設置控件屬性 雙擊控件可看到其屬性編輯器“ property inspector” 圖 37 可進行控件屬性的設置和修改。需要設置的主 要是 string 屬性，該屬性的取值是字符串，它定義控件對象的說明文字，如按鈕上的說明文字、靜態(tài)文本上的提示文字等，通過設置各控件的 string 屬性來命名控件。在 版用中文來命名控件時在運行后界面上不顯示中文，需要在 .m 文件里修改，利用 set（ handle，‘屬性名’，屬性值設置 .，??）命令進行修改。 例如： function design_OpeningF(hObject, eventdata, handles, varargin) = hObject。語句 后編寫以下語句 set(,‘ string39。,39。校正輸入信息： 39。) set(,‘ string39。,39。被校正系統(tǒng) 39。) 第三節(jié) 編輯回調程序 完成 PID 控制器設計界面的各控界面件布局后，也就完成了整個界面的結構設計，接下來則是功能設計，即要編制控件的回調程序，點擊按鍵 顯示出 m 文件，如圖： 圖 38 基于 MATLAB 的 PID 控制器設計 —— 界面設計 13 然后在工具欄中點擊圖象 顯示所有回調名單，顯示如下圖： 圖 39 由上可直接在 ggg. m 中的相應語句后添加適當的程序語句 詳見附錄 武漢工業(yè)學院畢業(yè)論文 14 第四章 PID控制器設計工具應用 控制器界面如圖： 圖 41 第一節(jié) PID控制器設計工具的使用方法 1. 在輸入框中 圖 42 在下拉菜單中選擇 Go（ s）類型，然后輸入待校正系統(tǒng)的分子和分母，點擊“確定”按鈕。 基于 MATLAB 的 PID 控制器設計 —— 界面設計 15 圖 43 可以看到相應信息和控制類型的輸出。 圖 44 可以顯示出 Bode 圖，階躍響應圖 如果需要重新輸入，可以點擊“重置” 按鈕。 第二節(jié) PID控制器設計工具應用實例 在過去的幾年中，汽車設計部門在建立動力系統(tǒng)模型時，非常時興采用所謂 “面向控制”，或者稱為“控制設計”模型。他們用這一類模型描述了汽車動力系統(tǒng)的許多問題，其中包括發(fā)動機、節(jié)流閥、發(fā)動機活塞運動、化油器動力學特性、燃油系統(tǒng)、發(fā)動機扭矩、轉動慣量等問題。到了 20 世紀 80 年代，為了減少汽車的廢氣排放量，武漢工業(yè)學院畢業(yè)論文 16 汽車制造商們的關注焦點變成了燃燒室中的燃油 /空氣比。為了將這個比值控制在規(guī)定的范圍內，需要同時控制進入發(fā)動機油路系統(tǒng)的空氣流量和燃油流量。這里，將燃油進量指 令視為控制系統(tǒng)的輸入，而將發(fā)動機轉速視為控制系統(tǒng)的輸出 [9， 11]，假設發(fā)動機控制系統(tǒng)的框圖模型如圖，其中 T=，試設計一個合適的校正網絡，使系統(tǒng)階躍響應的穩(wěn)態(tài)誤差為零，超調量小于 10%，調節(jié)時間不超過 10s（按 2%準則） 干擾 R（ s） + Y（ s） + 發(fā)動機速度 圖 45 第三節(jié) PID控制器設計工具應用實例結果分析 顯示 Bode 圖為： 圖 46 校正網絡 Gc（ s） 2 （ +1）（ 4s+1） 基于 MATLAB 的 PID 控制器設計 —— 界面設計 17 顯示階躍響應圖為： 圖 47 武漢工業(yè)學院畢業(yè)論文 18