基于MATLAB的PID控制系统参数调节的仿真分析
1、引言
PID控制是最早发展的自动控制策略之一，PID控制系统由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。具有简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。PID控制的参数自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
本文首先从PID理论出发，建立模型，讨论系统的稳定性，快速性，准确性。利用MATLAB对PID控制的参数进行仿真，设计不同的参数，以使系统满足所要求的性能指标。
2、 控制领域有一个很重要的概念是反馈， 它通过各种输出值和它们各自所需值的实时比较的度量—各种误差，再以这些误差进行反馈控制来减少误差。这样形成的因果链是输入、动态系统、输出、测量、比较、误差、输入构成的一个环路，因而也构成了包含原动态系统在内的一个新的动态闭环系统。 采用反馈的基本原因是要在不确定性存在的条件下达到性能目标。许多情况下，对于系统的了解是不全面的，或者可用的模型是基于许多简化的假设而使它们变得不透彻。系统也可能承受外界干扰，输出的观测常受噪声干扰。有效的反馈能减少这些不确定性的影响，因为它们可以补偿任何原因引起的误差。反馈概括了很广泛的概念，包括当前系统中的许多回路、非线性和自适应反馈，以及将来的智能反馈。广义的讲，反馈可以作为描述和理解许多复杂物理系统中发生的循环交互作用的方式。
在实际的过程控制和运动控制系统中，PID占有相当的地位，据统计，工业控制中 PID 类控制器占有 90％以上。PID 控制器是最早出现的控制器类型，因其结构简单，各个控制器参数有着明显的物理意义，调整方便，所以深受工程技术人员的喜爱。而且PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好、可靠性高，被广泛应用于过程控制和运动控制中，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统中。 自计算机进入控制领域以来， 用数字计算机代替模拟计算机调节器组成的计算机控制系统，不仅可以用软件实现 PID 控制算法[65]，而且可以利用计算机的逻辑功能，使 PID控制更加灵活。数字PID控制是生产过程普遍采用的一种控制方法，在机电、冶金、机械、化工等行业获得广泛的应用。将偏差的比例（P） 、积分（I）和微分（D）通过线性组合构成的控制量，对被控对象进行控制。 模拟 PID控制系统原理框图如图1， 系统由模拟 PID控制器和被控对象组成。
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