电气工程工具软件课程设计-MATLAB
学号：3100501044
班级：电气1002
姓名：王辉军
指导老师：乔薇
2014年1月16日
课程设计任务：构建一个含有PID控制器的系统，观察
K(比例系数)、
p
K(积分系数)、d K（微分系数）不同值时系统的变化。
i
（Continuous模块库中的Zero-Pole模块）输入为阶跃函数
一．建立含有pid子系统的系统模型
（1）选用器件搭建电路
图1-1 图1-2
（2）构建PID控制器
图1-3
（3）上述结构图封装成PID控制器
①创建子系统。
选中上述结构图后再选择模型窗口菜单“Edit/Creat Subsystem”
②封装。
选中上述子系统模块，再选择模型窗口菜单“Edit/Mask Subsystem”
③根据需要，在封装编辑器对话框中进行一些封装设置，包括设置封装文本、对话框、图标等。
本次试验主要需进行以下几项设置：Icon（图标）项：“Drawing commands”编辑框中输入“disp(‘PID’)”，如下
左图示：Parameters(参数)项：创建Kp,Ki,Kd三个参数，如下右图示
图1-4 图1-5
（4）搭建单一回路系统结构框图如下图
图1-6
所需模块及设置：Sources模块库中Step模块；Sinks模块库中的Scope 模块；Commonly UsedBlocks模块库中的Mux模块；Continuous模块库中的Zero-Pole模块。
Step模块和Zero-Pole模块设置如下：
图1-7 图1-8
二．比较以下参数的结果：（把各个仿真波形图截图标注）
图2-1
如上图可更改Kp，Ki，Kd的值以实现以下要求：
（1）Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4
图2-2
（2）Kp=6.7,Ki=2,Kd=2.5
图2-3
（3）Kp=4.2,Ki=1.8,Kd=1.7
图2-4
三．以Kp=8.5,Ki=5.3,Kd=3.4这组数据为基础，只改变其中的一个参数，而其他的两个参数不变的情况下，观测他的图像变化。
（1）只改变
K，
p
当
K=8.5时候系统输出曲线截图标注
p
图3-1
当p K =6.7时候系统输出曲线截图标注
图3-2
当p K =4.2时候系统输出曲线截图标注
图3-3
（2）只改变i K ，
当i K =4.2时候系统输出曲线截图标注
图3-4
当i K =2时候系统输出曲线截图标注
图3-5
当i K =1.8时候系统输出曲线截图标注
图3-6
（3）只改变d K ，
当d K =3.4时候系统输出曲线截图标注
图3-7
当d K =2.5时候系统输出曲线截图标注
图3-8
当d K =1.7时候系统输出曲线截图标注
图3-9
四．分析不同调节器下该系统的阶跃响应曲线：（波形截图，标注）（1）P调节Kp=8
图4-1
（2）PI调节Kp=5,Ki=2
图4-2 （3）PD调节Kp=8.5,Kd=2.5
图4-3
（4）PID调节Kp=7.5,Ki=5,Kd=3
图4-4
五．总结：
1、P控制规律控制及时但不能消除余差，I控制规律能消除余差但控制不及时且一般不单独使用，D控制规律控制很及时但存在余差且不能单独使用。
2、比例系数越小，过渡过程越平缓，稳态误差越大；反之，过渡过程振荡越激烈，稳态误差越小；若K p过大，则可能导致发散振荡。
T i越大，积分作用越弱，过渡过程越平缓，消除稳态误差越慢；反之，过渡过程振荡越激烈，消除稳态误差越快。
T d越大，微分作用越强，过渡过程趋于稳定，最大偏差越小；但T d 过大，则会增加过渡过程的波动程度。
3、P和PID控制器校正后系统响应速度基本相同（调节时间t s近似相等），但是P控制器校正产生较大的稳态误差，而PI控制器却能消除余差，而且超调量较小。
PID控制器校正后系统响应速度最快，但超调量最大。
六．个人心得与体会：
通过这次课程设计：首先，我加深了对电气工程工具软件实习的一些理论方面的知识，尤其是一些在课堂上似懂非懂的问题，或者理解比较抽象的问题，在经过课程设计之后，查阅书籍和大量相关资料，以及matlab仿真之后，对理论知识有一个更加全面的理解。
例如我们在衡量一个系统性能优劣时候，要从两个方面来考察，一个是动态性能：超调量，调节时间，上升时间等等，一个是静态性能：稳态误差。
而且要对系统进行校正时，也要从这两个方面来进行校正。
其次，这次课程设计有许多地方要用到matlab软件，我掌握了matlab在控制方面上的许多应用，而且还加强了编程能力。
同时在课程设计报告的写作过程中，对word软件的应用，都大大加强了我运用这些软件的能力，可以说让我的各方面的技能有了很大的提升。
其次,就是我查阅资料的能力得到大大提升.虽然这次课程设计的题目网上漫天飞,但我是通过实际所学的知识亲自做出来的.在自己做的过程中,难免会需要大量资料,而这就考察了我的查阅资料与筛选资料的能力.以前,学校的数据库很少被我利用,而且操作也不是很熟悉,但这次我为了写出比较好的课程设计报告，查阅了大量的资料。
然而,这次课程设计,遇到许多实际问题，都需要一一去解决，然而这样我的解决实际问题能力得到了加强，而这方面的能力也是我们在将来必备的。
虽然这次课程设计完成得还算顺利,但在课程设计的过程当中,也暴露出了我自身的许多问题.首先是以前所学的知识忘记得很快,由于没有及时的巩固以前的知识所造成的后果,实际上自动控制原理
的知识在我们学习以及生活中都会有很多体现和运用，例如反馈的概念等等。
这就给我敲响了警钟,及时复习所学的知识才能够运用得游刃有余,而且有人曾对我说过“对一件事情感兴趣是即使在没有任何外界压力下也依然孜孜不倦的去学习它,运用它”,这句话给了我很大的启发,我一直认为我对自动控制原理这一块有很大的兴趣并且认为自己要朝这方面发展,看样子我在这方面做得还是不够。
这次课程设计完成了,我也完成了一篇课程设计报告,虽然说这篇报告质量不是很高,但这是我进入大学以来写的最长,写得最认真,写得最满意的一篇报告。
通过完成这样一篇报告,为我今后发表论文打下了一个很好的基础。
总而言之,这次课程设计让我懂得了许多许多,知识的重要性,理论与实践结合的重要性以及独立解决问题的能力等等.这次课程设计时间没有浪费,是我进入大学以来最最充实的一个星期。
七．参考文献
[1]胡寿松.自动控制原理（第四版）.北京：科学出版社，2000.6
[2]王万良.自动控制原理.高等教育出版社.2008
[3]王正林等著.matlab/Simulink与控制系统仿真.电子工业出版社.2005
[4]樊京等著.matlab控制系统应用与实例.清华大学出版社.2008。