基于MATLAB的PID控制器开题报告

包头师范学院

毕业论文（设计）开题报告

论文题目：基于MATLAB的PID控制器设计 学生姓名：

学 号：

专 业： 指导教师：

2012年 3 月 10 日

1.选题依据及研究综述此次所选的课题为基于 MATLAB 的 PID 控制器设计。PID 控制是迄今为止最通 用的控制方法，大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID 控制器(亦称 调节器)及其改进型，因此成为工业过程控制中最为常见的控制器(至今在全世界 若改进型包含在内则超过 90%) 在 PID 控制 。 过程控制中的 84%仍是纯 PID 调节器， 器的设计中，参数定是最为重要的，随着计算机技术的迅速发展，对 PID 参数的整 定大多借助于一些先进的软件，例如目前得到广泛应用的 MATLAB 仿真系统。本设 计就是借助此软件，主要运用 Relay-feedback 法，线上综合法和系统辨识法来研究 PID 控制器的设计方法，设计一个应用于实际问题中的 PID 控制器(初步定为温控 系统的 PID 控制器具体计划要依据下学期的理论知识储备而定) ,并通过 MATLAB 中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。 任何闭环的控制系统都有它固有的特性，可以有很多种数学形式来描述它，如 微分方程、传递函数、状态空间方程等。但这样的系统如果不做任何的系统改造很 难达到最佳的控制效果，比如快速性稳定性准确性等。为了达到最佳的控制效果， 我们在闭环系统的中间加入 PID 控制器并通过调整 PID 参数来改造系统的结构特性， 使其达到理想的控制效果。

2.课题的基本内容本次课题的主要内容是通过对理论知识的学习和理解的基础上，自行设计一个 基于 MATLAB 技术的 PID 控制器设计， 并能最终将其应用于一项具体的控制过程中。 一下为此次课题的主要内容： 一、 完成 PID 控制系统及 PID 调节部分的设计 PID 最佳调整法与系统仿真

其中包含系统辨识、系统特性图、系统辨识方法的设计和选择。 二、

其中包含 PID 参数整过程，需要用到的相关方法有： 1、 针对无转移函数的 PID 调整法其中包括 Relay feedback 调整法， Relay feedback 在 计算机做仿真在线调整法，在线调整法在计算机做仿真等设计过程。 2、针对有转移函数的 PID 调整方法 主要有系统辨识法以及波德图法及根轨迹法。 三、 将此次设计过程中完成的 PID 控制器应用的相关的实例中， 体现其控制功能 (初 步计划为温度控制器)

3.课题的重点、难点及创新点1、对于单输入单输出被控对象，需要研究针对不稳定对象或被控过程存在较大 干扰情况下的 PID 参数整定方法，

使其在初始化、抗干扰和鲁棒性能方面进一步增 强，使用最少量的过程信息及较简单的操作就能较好地完成整定。 2、对于多入多出被控对象，需要研究针对具有显着耦合的多变量过程的多变量 PID 参数整定方法，进一步完善分散继电反馈方法，尽可能减少所需先验信息量，使 其易于在线整定。 3、智能 PID 控制技术有待进一步研究，将自适应、自整定和增益计划设定有机 结合，使其具有自动诊断功能；结合专家经验知识、直觉推理逻辑等专家系统思想 和方法对原有 PID 控制器设计思想及整定方法进行改进；将预测控制、模糊控制和 PID 控制相结合，进一步提高控制系统性能，都是智能 PID 控制发展的极有前途的 方向。

4.论文提纲1 绪论 1.1 课题来源及 PID 控制简介 1.2 国内外研究现状及 MATLAB 简介 2.控制系统及 PID 调节 2.1 控制系统构成 2.2PID 控制 3 系统辨识 3.1 系统辨识 3.2 系统特性图 3.3 系统辨识方法 4 PID 最佳调整法与系统仿真 4.1PID 参数整定法概述 4.2 针对无转移函数的 PID 调整法 4.3 针对有转移函数的 PID 调整方法 温度控制系统的 PID 控制器设计

5.进度安排(包括文献查阅、方案设计与实现、实验与计算、论文 书写等)及其可行性分析三月份：1、对于 MATLAB 的使用方法进行系统的学习和并熟练运用 MATLAB 的运 行环境，争取能够熟练运用 MATLAB。 2、查找关于 PID 控制器的相关资料，了解其感念及组成结构，深入进行理 论分析，并同步学习有关 PID 控制器设计的相关论文，对其使用的设计方法进行学 习和研究。 3、查找相关 PID 控制器的应用实例，尤其是温度控制器的实例，以便完成 最终的实际应用环节。 四月份：1、开始对 PID 控制器进行实际的设计和开发，实现在 MATLAB 的环境下 设计 PID 控制器的任务。 2、通过仿真实验后，在剩余的时间内完成其与实际工程应用问题的结合， 将其应用到实际应用中(初步计划为温度控制器) 。

6.参考文献[1] 夏红，赏星耀，宋建成. PID 参数自整定方法综述. 浙江科技学院学报,2003 版

[2]

王 伟,张晶涛.PID 参数先进整定方法综述.自动化学报，2000 版

[3]薛定宇.反馈控制系统设计与分析---MATLAB 语言应用.清华大学出版社,2000 版 [4] 余成波.传感器与自动检测技术.北京市：高等教育出版社.1995 [5] 胡寿松.自动控制原理. 北京市:科学出版社，2008年第二版

指导教师意见： (对本课题的深度、广度及工作量的意见)

指导教师： 院系审查意见：

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院系负责人：

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