MATLAB基于NCD优化的非线性优化PID控制

控制系统仿真课程设计题目：基于NCD优化的非线性优化PID控制学生姓名：学号：专业：班级：指导教师：内蒙古科技大学控制系统仿真课程设计第2页目录基于NCD优化的非线性优化PID控制.................................................................................4摘要........................................................................................................................................4第一章绪论..............................................................................................................................61.1课程设计的目的.........................................................................................................61.2课程设计的题目要求.................................................................................................6第二章MATLAB概述.............................................................................................................72.1MATLAB简介............................................................................................................72.2MATLAB工作环境....................................................................................................72.3MATLAB操作界面简介............................................................................................82.4MATLAB语言...........................................................................................................82.5SIMULINK仿真集成环境简介.................................................................................82.5.1SIMILINK模块库介绍....................................................................................9第三章非线性控制系统及优化原理....................................................................................13第四章非线性控制系统的优化............................................................................................144.1非线性控制系统的设计...........................................................................................144.1.1MATLAB/SIMULINK模型的建立...............................................................144.1.2系统参数设定................................................................................................144.2非线性系统参数优化...............................................................................................164.2.1SignalConstraint阶跃响应特性参数设定.....................................................164.2.2设置优化参数................................................................................................174.2.3设置不确定参数范围....................................................................................184.2.4控制参数优化计算........................................................................................18内蒙古科技大学控制系统仿真课程设计第3页第五章课程设计总结............................................................................................................20内蒙古科技大学控制系统仿真课程设计第4页基于NCD优化的非线性优化PID控制摘要PID控制是工业过程控制中应用最广的策略之一。因此PID控制器参数的优化设计成为人们关注的问题,它直接影响控制效果的好坏。目前PID参数的优化方法很多,如间接寻优法、专家整定法、单纯形法等。虽然,这些方法都具有良好的寻优特性,但却存在着一些弊端。（1）中仅仅将单纯形法应用于系统,仍然存在局部最小问题,容易陷入局部最优化解,造成寻优失败。（2）而且当系统的非线性较强时,传统的基于线性化模型的线性系统设计方法难以获得好的控制效果。为了设计与分析非线性控制系统，提出了利用MATLAB优化控制工具箱与优化函数相结合对非线性系统PID控制器进行优化设计的方法,同时建立了基于MATLAB/SIMULINK的非线性系统仿真图。通过MATLAB/SIMULINK非线性模块SignalConstraint进行仿真试验,验证了该参数优化设计方法不仅方便快捷,而且使系统具有较好的控制精度和稳定性,可使系统的性能有所提高。关键词：非线性控制系统MATLAB/SIMULINKSignalConstraint模块PID非线性模块内蒙古科技大学控制系统仿真课程设计第5页ABSTRACTPIDcontrolisoneoftheindustry'smostwidelyusedprocesscontrolstrategy.TherebyoptimizingPIDcontrollerparametersdesignhasbecomeanissueofconcern,whichdirectlyaffectthecontroleffectisgoodorbad.PIDparameteroptimizationmethodnowmany,suchasindirectoptimization,expertTuning,simplexmethod.Althoughthesemethodshavegoodoptimizationfeatures,buttherearesomedrawbacks.(1)onlyappliestothesimplexmethodsystem,therearestilllocalminimumproblem,easytofallintolocaloptimalsolution,resultinginoptimizationtofail.(2)Andwhenstrongnonlinearsystems,basedonthetraditionallinearmodeloflinearsystemsdesignapproachisdifficulttoobtaingoodcontrol.Inordertodesignandanalyzenonlinearcontrolsystem,weproposedtheuseofMATLABandOptimizationToolboxoptimalcontrolofnonlinearsystemcombiningfunctionPIDcontrollerdesignoptimizationmethod,whileestablishedbasedonMATLAB/SIMULINKsimulationdiagramfornonlinearsystems.ThroughMATLAB/SIMULINKsimulationofnonlinearmoduleSignalConstraint,verifytheparameteroptimizationmethodisnotonlyconvenient,butthesystemhasbettercontrolaccuracyandstability,thesystemperformancecanbeimproved.Keywords:nonlinearcontrolsystemsMATLAB/SIMULINKSignalConstraintNonlinearmodulePIDmodule内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第6页第一章绪论1.1课程设计的目的本次课程设计的题目是《基于NCD优化的非线性优化PID控制》学会使用MATLAB/SIMULINK的建模和仿真的方法，并对非线性控制系统进行PID优化控制，并且充分掌握非线性控制系统的设计与分析，运用MATLAB/SIMULINKLibrary中的非线性模块进行优化，如MATLAB6.5中的NCDOutport模块、MATLAB7.1.3中的CheckStepResponseCharacteristics模块、MATLAB7.5中的SignalConstraint模块。本文采用MATLAB7.5中的SignalConstraint模块进行优化PID控制。1.2课程设计的题目要求《基于NCD优化的非线性优化PID控制》系统对象传递函数为G(S)=1sasas501.52213a1=43,a2=3。系统包含饱和环节和速度环节8.0两个非线性环节。不确定因素a1在（0.5-2.0）×3之间变化，a2在（40-50）之间变化。设计要求PID的优化指标为：上升时间不大于10s；最大超调量不大于20％；调整时间不大于30s；系统参数变化时性能基本保持不变。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第7页第二章MATLAB概述2.1MATLAB简介MATLAB是Mathworks公司推出的一套高性能数值计算和可视化软件，其丰富的功能包括数值计算、矩阵分析、数据分析、图像处理等。MATLAB是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。使用MATLAB，可以较使用传统的编程语