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2015年1月教育教学论坛Jan.2015
第4期EDUCATIONTEACHINGFORUMNO.4
PID控制器与状态反馈控制器MATLAB教学实例设计
张栋
（青岛理工大学自动化工程学院，山东青岛266520）
摘要：为解决控制理论授课过程中PID控制器与状态反馈控制器设计的区别与联系，本文设计了一个
MATLAB/SIMULINK仿真教学实例，便于学生深入理解与掌握教学过程中的基本理论与方法。
观测器；参数整定
关键词：PID控制器；状态反馈；
中图分类号：G642.1文献标志码：A文章编号：1674-9324（2015）04-0165-02
引言
一、
PID控制器设计与状态反馈控制器两类控制器[1，2]
相同之处为二者均属于反馈控制，因此在实际使用
中，都需考虑闭环系统的稳定性；两类控制器最主要
的相异之处为二者闭环系统极点的配置灵活性不同：
PID控制器属于输出反馈，只能将闭环极点配置到闭
环系统的根轨迹上；而状态反馈控制器在被控系统状
态完全可控的条件下，可以将闭环极点任意配置。
本文利用MATLAB与SIMULINK仿真设计了一个图1PID控制器控制系统设计
实例，对同一个被控对象进行PID控制器设计与基于
观测器的状态反馈控制器设计，将教学过程中较深刻利用临界比例度法计算方法，算出相应的P、PI或
利于学PID控制器的参数值如表1所示。
的控制器设计理论用最直观的方式体现出来，
生的理解与掌握。表1实例PID控制器的参数值
二、仿真实例设计
选取被控对象微分方程数学模型如下：
…···
y+6y+41y+7y=6u（1）
其传递函数为：
6
G（s）=（2）三种控制器下，单位阶跃响应曲线如图2所示。
s+6s+41s+7
32
·…
选内部状态为x=y，x=y，x=y时，该被控对象
162636
的状态空间表达式为：
觶
晌裳
上梢
上x梢晌x裳
上梢上梢
上1梢晌010裳上梢晌0裳
上梢1上梢
上梢上梢上梢上梢
觶
上梢上梢上梢上梢
上x梢=上001梢上x梢+上0梢u
上梢上梢上2梢上梢
上2梢上梢上梢上梢
上梢上-7-41-6梢上梢上1梢
上梢上梢上梢
觶尚
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