MATLAB仿真实验：PID控制算法参数整定与分析

"计算机控制课程设计---PID控制算法的MATLAB仿真研究" 这篇文档详细介绍了电气工程学院自动化专业的一次计算机控制课程设计，旨在通过MATLAB仿真深入理解PID控制算法。实验目的是巩固PID算法理论，掌握数字控制器实现，熟悉MATLAB在控制系统设计中的应用，以及提升程序设计能力。 实验中，学生需要模拟一个一阶惯性环节的被控对象，其传递函数包含参数K、τd和τs。PID控制算法的仿真研究包括四个方面： 1. 参数整定：采用各种方法（如ZN法、扩充临界比例度法等）确定PID参数，通过MATLAB仿真观察系统响应，评估控制效果。 2. 模型失配：改变对象模型参数，研究PID控制器在模型参数变化时的控制性能，探讨鲁棒性。 3. 非线性影响：分析执行机构非线性（如饱和、死区非线性）如何影响控制效果。 4. 扰动响应：在系统稳定后施加扰动信号，分析不同信号类型和作用位置对系统稳定性的影响。 在参数整定过程中，首先选择了采样周期Ts=1s，然后通过调节比例系数Kp，找到临界比例度δk，接着根据控制度Q计算其他参数。通过调整参数，如减小采样周期、增大积分时间常数，改善系统暂态性能。最后，选择了Ts=1s，PID参数为Kp=0.25，Ki=0.001，Kd=3，得到较好的控制效果。 模型失配分析中，当比例系数增大5%时，系统性能有所下降，但仍然保持稳定。 整个课程设计通过MATLAB的Simulink工具箱进行，让学生亲身体验PID控制器的设计与优化，以及在面对系统不确定性时的适应性调整，增强了实践操作技能。