Matlab/Simulink球杆系统的PID控制器设计(5)
PID参数整定的系统性能准则分为两类：
(1)近似准则，即采用有关描述控制系统稳、快、准三方面性能的数量指标为准则，如输出相应的超调量、衰减比、调整时间、上升时间等。其中1/4衰减比通常被认为是最好的综合准则，它既能保证系统的稳定性，又能兼顾系统的快速性。
(2)精确准则，即采用控制系统偏差的各种积分指标为准则，通常的有偏差平方积分、偏差绝对值积分、偏差的绝对值乘以时间的积分等几种积分指标。系统在确定的输入下，其偏差的某种积分指标越小，系统性能越好，这组参数也就是最佳参数。采用不同的积分指标，整定所得的最佳参数不同，系统性能也不同。通常应用最多的是偏差绝对值乘以时间的积分指标，按此指标整定好的系统，其阶跃响应超调量小，调整时间短。
通过仿真和实际运行，观察系统对典型输入信号的响应曲线，根据各控制参数对系统的影响，反复调节实验，直到满意为止，从而确定PID参数。在工程试验时，一般运用Ziegler-Nichols参数整定方法，先整定得到 ，然后根据Ziegler-Nichols经验公式计算出 和 。或者采用根据准则和PID三个参数对系统控制过程的响应趋势，采用先比例，后积分，再微分的反复调整方法。鉴于考虑微分环节在电流型球杆系统中必要作用，在球杆系统中采用先比例，积分不变，再微分的反复调整方法[3]。具体步骤如下：
(1)选取最短采样周期，去掉微分和积分环节，由小到大改变比例系数，直到悬浮体发生连续振荡；
(2)逐步增大微分作用，以减小超调，克服振荡，使小球能在杆上稳定停止；
(3)逐步增大积分作用，减小静差；
(4)再对采样周期作适当的调整；
(5)根据近似准则和三个参数对系统控制过程的响应趋势对各参数进行微调，反复试凑调整。
2.3 PID控制的MATLAB/SIMULINK应用
在工程应用中，我们一般用C、VB等语言编写应用程序，进行交互界面、数据采集和端口操作等工作，这些汇编语言具有语言容易上手, 界面容易设计,能够时时的进行数据的采集、传递，但是所有汇编语言又同时具有一个共同的缺点，那就是数值计算方面能力欠佳，这就成为了一个瓶颈，极大的限制了工程计算软件的工作效率和质量。
MATLAB与工业汇编语言的结合运用，不仅能够把MATLAB的数值分析、矩阵运算、图形图像处理、信号处理和仿真的诸多强大的运算功能发挥的淋漓尽致，同时能够实现汇编语言的交互界面、数据采集和端口操作等功能，充分利用了MATLAB的运算功能和汇编语言的开发界面方便的特点，用汇编语言来设计界面作为主程序，调用用MATLAB编写的子程序，以此开发出来的高质量、高性能的工业控制软件系统，将极大的提高工作效率，为企业带来更多的收益。MATLAB是美国Math Works公司开发的软件，是一种使用简便的工程计算语言，完成系统从概念到技术实现全过程设计的CAD工具箱，是目前世界各国科学研究与工程设计领域普遍采用的标准设计软件[4]。
其主要功能有：工程计算；算法开发；系统建模；仿真和实时应用；信号处理与可视化；图形用户界面。
除此之外，MATLAB还提供了一个实时开发环境，可用于实时系统仿真和应用，这一点是通过特殊应用工具箱——Real Time Workshop(实时工作空间RTW) 实现的，在RTW中运行某种目标(比如：实时窗口目标、xPC目标)，用户只需安装相关软件、编译器和I/O设备板，就可通过计算机转变成一个实时操作系统，来控制外部系统。
MATLAB以其良好的开发性和运行的可靠性，使原先控制领域里的封闭式软件包纷纷淘汰，而改以MATLAB为平台加以重建。主要优点有：语句书写简单；功能强大；具有丰富的图形用户界面；界面友好；命令易设计；操作简单。