基于Ziegler-Nichols方法整定的PID控制器.doc

摘要：在现代工业中，自动控制已经发展的非常成熟，而且大多数的控制回路中都用到了PID结构，PID控制器之所以可以被广泛使用，是因为它结构简单，操作方便。而PID控制器的核心则是它的三个参数，比例、积分和微分，如何整定这三个参数对控制效果起到了关键性的作用。传统的PID调节方法，先比例，再积分，后微分，虽然也能得到效果，但是整定过程费时费力，需要反复凑试，而且对于一些要求较高的系统，结果可能还不是最好。基于Ziegler-Nichols方法整定PID参数可以有效改善传统的调节方法的弊端，对PID 的发展以及自动控制的发展都有很大意义。

本文中依据Ziegler-Nichols频域整定方法整定被控对象，通过频域内被控对象的根轨迹变化，发现经整定后，系统完全稳定。用Matlab 中的Simulink模块建立数学模型进行仿真，对比整定前后的正弦曲线，发现用传统PID调节方法整定参数后，实际值与设定值基本一致，但观察曲线可以发现系统响应速度不能达到最快，然后基于Ziegler-Nichols方法整定参数后发现实际值与设定值几乎达到一致，曲线重合度很高，对比两种方法，后者更加省时且准确。在工程控制中，此方法可以提高操作人员工作效率以及控制准确度，应该被广泛使用。

关键词：PID  Ziegler-Nichols  参数整定   频域响应

目录

摘要

ABSTRACT

1　引言-1

2　PID控制器分析及参数整定-2

2.1　PID控制器简介-2

2.2　PID控制原理-3

2.2.1　比例(P)控制-3

2.2.2　积分(I)控制-3

2.2.3　微分(D)控制-3

2.2.4　PID控制-4

2.3　PID控制器的参数整定-4

2.3.1　理论计算整定法-4

2.3.2　反复凑试法-4

2.3.3　工程整定法-5

3  Ziegler-Nichols方法的原理及分析-9

3.1　概述-9

3.2　Ziegler-Nichols方法的原理-9

3.3　Ziegler-Nichols整定步骤-10

4　基于Ziegler-Nichols方法整定PID控制器-12

4.1　概述-12

4.2　设计方案-12

4.3　仿真结果及分析  -13

5　结论-18

致谢