基于Matlab编辑器Z-N法整定PID参数

本文介绍了Ziegler-Nichols(Z-N)法用于PID控制器参数整定,强调了其在工程计算中的实用性。通过Z-N调谐表确定临界增益和周期,结合Matlab的`minreal`和`margin`函数进行系统分析。这种方法适用于初步估算PID参数,实际应用中可能需要进一步细化调整。

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简介

  Ziegler—Nichols(Z—N)的PID整定方法在工程快速 计算方面具有很大的影响力,它的频率响应方法是通 过PID控制器的临界振荡试验获得被控对象重要的临界频率响应特性,并根据经验给出相应的PID参数经 验公式。Z—N整定方法的优点在于在计算过程中不需要另外建立任何对象控制模型,简单实用,所以目前该 方法在自动控制领域中仍被广泛采用。

Z-N调谐表

齐格勒-尼科尔斯规则是第一个提供一个的实用方法来调整PID控制器。根据该规则,一个PID控制器的调谐方法是首先将其设置为纯P模式,然后调整增益,使控制系统处于连续振荡状态。相应的增益被称为终极增益(Ku),振荡周期为振荡周期被称为终极周期(Pu)。然后,PID控制器的参数由Ku和Pu决定,使用的Ziegler-Nichols调谐表

代码原理

 确定最终增益和周期Ziegler-Nichols调谐方法的关键步骤是确定的极限增益和周期。然而,通过实验来确定最终的增益和周期是很费时间的。由于连续振荡模式与临界稳定条件相对应,对于线性系统。这样的条件可以很容易地通过稳定性余量来确定。 其他工具,如Routh准则和Evans根基位置,不能直接处理延时问题。 让系统在分频器频率Wcg时有增益余量Gm。这相当于与一个单位增益控制器连接。因此

### 使用MATLAB实现四旋翼无人机PID控制器设计与仿真 #### 设计思路 为了使四旋翼无人机能够稳飞行并完成特任务,需要构建合适的控制算法来调其姿态和位置。PID比例-积分-微分)控制器因其结构简单、易于理解和实现而被广泛应用于工业自动化领域以及各种类型的无人机动态控制系统之中[^1]。 #### 建立数学模型 在进行具体编程之前,首先要建立描述四旋翼行为的物理方程组。这通常涉及到质量分布特性、空气动力学参数等因素的影响。对于简化处理后的线性化模型来说,则主要考虑角速度变化率同转矩之间的关系表达式;而对于非线性的完形式而言,则需引入更多复杂的变量来进行精确表述。这些都构成了后续编写Simulink模块的基础[^2]。 #### 控制器架构设 针对上述所提到的姿态调节需求,在此采用内外环相结合的方式——即外层负责管理高度和平移方向上的移动情况,内侧则专注于倾斜角度方面的修正工作。每一部分都会配备独立运作却相互关联着的一套P-I-D单元组合体,从而确保体动作协调一致且响应迅速准确[^3]。 #### MATLAB/Simulink中的实际操作步骤概述 - **启动软件平台**:打开MATLAB应用程序,并切换至Simulink界面。 - **创建新项目文件夹**:用于保存个工程期间产生的各类资源文档。 - **绘制系统框图**:利用图形编辑工具按照预先规划好的逻辑流程依次连接各个功能组件,形成完的信号传递路径。 - **义输入输出端口属性**:明确指哪些数据项作为外部指令传入内部计算过程里参与运算,又有哪些反馈信息会被送出供其他部件读取使用。 - **配置核心元件参数值**:依据理论推导所得结论或是实验测试积累的经验数值给相应系数大小,比如Kp(比例增益)、Ki(积分时间常数倒数) 和 Kd (微分校正因子)。 - **运行调试程序代码片段** ```matlab % 初始化设置 clear all; close all; % 加载预设场景环境 load('quadcopter_model.mat'); % 设置初始条件 initial_conditions = [0, 0, 0]; % X,Y,Z坐标起点 target_position = [5, 5, 5]; % 预期到达的目标地点 % 调PID参数 pid_params.pitch.Kp = 8.0; pid_params.pitch.Ki = 0.5; pid_params.pitch.Kd = 0.7; pid_params.roll .Kp = pid_params.pitch.Kp ; pid_params.roll .Ki = pid_params.pitch.Ki ; pid_params.roll .Kd = pid_params.pitch.Kd ; simOut = sim('QuadCopter_PID_Control','StopTime','10'); ``` - **观察模拟效果展示**:借助内置绘图函数直观呈现物体随时间演化的轨迹曲线走势特征,评估当前设计方案是否满足预期性能指标要求。 - **优化改进现有框架结构**:如果发现存在不足之处,则应当及时返回前面几个环节重新审视可能存在的漏洞或者偏差点所在,并采取有效措施加以弥补完善直至最终达到满意程度为止。
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