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6.1 Simulink仿真及其运行机制 6.2 PID控制器的参数整定 6.3 机构运动学仿真 6.1.1 Simulink仿真操作方法之一　　点击MATLAB操作界面左下角的Start_Library Browser，如图6-1所示，打开模块库浏览器窗口。 图6-1 Library Browser菜单项 　　也可点击MATLAB操作界面工具栏上的Simulink按钮，如图6-2所示，打开模块库浏览器窗口。 图6-2 Simulink按钮 　　模块库浏览器(Simulink Library Browser)窗口左面是模块库有哪些信誉好的足球投注网站树，右面是选定模块库中的各个模块图标和模块名，上面是标题栏、菜单栏、工具条和注释框，如图6-3所示。　　 图6-3 模块库浏览器界面 　　点击Simulink Library Browser窗口工具条上的New按钮，打开模型窗口Model，该窗口标题栏上显示untitled(未命名)，如图6-4所示。当把所建系统模型命名存盘后，标题栏上则会显示给定的存盘名。 图6-4 模型窗口Model 图6-5 Simulation菜单 6.1.2 Simulink仿真操作方法之二　　(1) 点击MATLAB操作界面File_New_Model菜单项，如图6-6所示。 图6-6 Model菜单项 　　(2) 打开未命名untitled的Model模型窗口，该窗口是Simulink的建模环境，如图6-7所示。 图6-7 Model模型窗口 　　(3) 点击未命名untitled模型窗口的View_Library Browser，打开Simulink Library Browser窗口，后续的建模、仿真参数设置、仿真运行等操作与方法一相同。如图6-8所示。 图6-8 Simulink Library Browser窗口 　　PID控制器(简称PID)是一种电子控制系统。通过系统仿真观测PID的电学响应和控制品质，可帮助实现产品的优化设计或电子器件的参数调节。所谓控制品质，一般借助阶跃信号激励下PID受控对象的响应被调控到平稳状态所用的调节时间和超调量来评价，其值愈小则受控对象的静态特性和动态特性愈好。图形如图6-9所示。 图6-9 PID受控对象响应的超调量和调节时间 6.2.1 PID控制器原理　　基准信号与受控对象响应之差经Proportion(比例)、Integral(积分)和Differentiation(微分)三条支路分别处理，三路处理结果的代数和作为一路信号输出并作用于受控对象，简称PID控制。输入、输出是模拟信号的称为连续PID控制，加上D/A和A/D转换使输入、输出为数字信号，称为数字PID控制。原理图如图6-10所示。 图6-10 PID控制器原理 　　连续PID控制的输入信号为下面的误差函数式中：e(t)为误差；r(t)为基准信号；y(t)为受控对象的响应。 连续PID控制的输出信号为下面的控制函数 6.2.2 PID控制器仿真的试验设计　　PID的三个参数KP、KI和KD是影响系统控制品质的主要因素，仿真的目的就是搜寻选定它们的一组最优值，该选定过程称做参数整定。较有效的参数整定是采用响应面试验设计或试凑法。　　所谓试凑法，就是逐次选定KP、KI和KD三个参数的一组值进行系统仿真，每次仿真都依据系统响应表明的控制品质评价所选用参数的适宜性，反复试凑三个参数直至出现满意结果为止。此次仿真试验设计仅介绍试凑法，该法的参数整定策略采用“比例、积分、微分” 三者顺序试验的方式。 　　第一步，比例系数KP的整定。取KI?=?0和KD?=?0，由小到大变动比例系数KP的值，逐次执行仿真并观察受控对象的响应，直到获得平均响应等于或略高于阶跃值1的振荡响应曲线，实现适宜的P控制。　　第二步，积分系数KI的整定。KP取第一步的整定值，取KD?=?0，由小到大变动积分系数KI的值，逐次执行仿真并观察受控对象的响应，直到获得平均响应等于或略高于阶跃值1的振荡响应曲线，实现适宜的PI控制。 　　第三步，微分系数KD的整定。KP和KI分别取第一步和第二步的整定值，由小到大变动微分系数KD的值，逐次执行仿真并观察受控对象的响应，直到获得较小超调量和较小调节时间的受控对象响应，实现适宜的PID控制。　　第四步，微调三个参数KP、KI和KD的值，直到获得满意的受控对象响应，参数整定结束。　　注意，不同原理的系统具有不同的参数搜寻策略，故采用试凑法需针对性地进行设计。 6.2.3 PID控制器仿真的系统建模　　(1) 启动Simulink Library Browser和Model窗口，选定并拖拽模块到Model窗口。在Sources库中，为基准