Matlab之simulink中的PID模块的使用

1 Simulink中PID模块的介绍

首先，找到PID模块，双击打开模块的参数设置，如下：

可以通过Automated tuning，可选择的方法有基于频率响应和基于传递函数。

注意：基于传递函数的时候自己定义的多个模块可能会无法调试。

1.1 控制器类型的选择

可以看到Controller：可以选择PI、PD、PID、仅P或仅I控制等。

1.2 PID控制器格式

Form：有并行（默认）和理想型（串行），其传函如下：

注意：传函中的P（比例增益）、I（积分增益）、D（微分增益）系数就是我们需要整定的三个PID参数。

1.3 时域选择

Time domain：连续时间和离散时间。

当选择离散时间时，需要设置积分器和微分器中的滤波器的离散化方法，有向前欧拉，后向欧拉，双线性变换法，如下图：

可以看出，积分环节（1/s）通过前向欧拉离散化方法变成了Ts（1/(z-1)）。

1.4 PID的饱和输出限制

限制PID的输出，还有去饱和积分的方法，如，反算法、钳位法。如图所示：

更多详细的参数请参考官方文档：连续时间或离散时间 PID 控制器 - Simulink- MathWorks 中国

1.5 简单PID模型示例

然后使用tune中的传递函数

通过滑动上面的滑条找到自己想要的效果然后点击应用即可。

最终跟踪的大致效果如下：

2 自建PID模块

下面搭建一个常用的离散型带输出饱和限制和积分饱和限制的PI控制器。如下：

从这个离散的PI控制模块中，可以看出积分环节是带有限幅输出的，当然还要对这个积分模块的限幅进行设置勾选，如图：

为什么我们需要对积分环节进行单独的限制输出。看个例子：

这个是带有积分饱和限制的PI控制器调节出来的系统响应。

这个是用simulink系统自带的PI控制器调节出来的系统响应。

两个PI控制器的参数设置一样。但是带抗饱和积分的PI控制器调节出来的系统响应效果明显更好。

那么什么时候需要加积分环节限制输出呢？当系统在抗扰动时，需要一个大的Ki参数来快速消除稳态误差，而在开始从0到稳态这个过程又会因为Ki太大而引起过大超调时，这个时候就需要加积分过饱和限制。