一种基于LABVIEW的PID控制器的设计方法摘要利用虚拟仪器技术,采用LABVIEW图形编程环境,设计了一个PID程序,用于仿真PID控制规律。PID控制器是一种线性的控制器，具有原理简单、易于整定、使用方便和控制性能较强的优点，它能够对线性控制系统快速准确的确定P、I、D三个参数和阶跃响应曲线。同时，可以给出控制系统开环或者闭环的阶跃响应。通过改变P、I、D参数和设定值，观察不同情况下的控制曲线，或在同样参数情况下比较位置型PID与增量型PID的控制效果。通过对各种控制器作用下，对线性控制对象，阶跃输入的响应曲线分析，从而得到各个阶跃响应特性。证明该控制器设计正确，实用技术方法可行。并总结出PID调整Kp，Ki，Kd参数的一般顺序。该控制器为各个领域的过程控制系统提供了方便，节省了时间，大大的提高了生产效率。关键词：虚拟仪器；LABVIEW；PID控制 Base on LABVIEW for PID controller design methodABSTRACTUsing the technology of virtual instrument, using LABVIEW graphical programming environment, to design a PID program, used to control law simulation PID.PID controller is a linear controller，which has such advantages as simple principles,easy setting,convenient application and strong control performance. It can quickly and exactly define three parameter-P、I、D-for linear control system below three orders,and accurately determine the step response curve of the open loop systems.At the same time,may give the control system split-ring or the closed loop step response.By changing the P, I, D parameters and the set value, observation and control curve under different conditions, the control effect or in the same parameters under the condition of comparative position PID and increment type PID. Through a variety of controller function, linear control object of the order of, response curves of step input, resulting in each step response characteristic. Results show that the controller design is correct, practical and feasible technical method. And summed up the PID Kp, Ki, the general order of Kd parameters.Along with the computer technology, has provided the outstanding solution for the process control and the industrial automation application.Key words：virtual instrument；LABVIEW；PID control目录引言11.1课题研究的来源及意义11.2国内外发展状况11.3PID 介绍21.3.1PID控制原理21.3.2开环控制系统31.3.3闭环控制系统32LABVIEW程序设计52.1LABVIEW程序设计简介52.2PID阶跃响应的LABVIEW程序设计62.2.1前面板设计62.2.2框图程序设计62.2.3PID控制器设计73实际问题提出分析83.1设计目的83.2实际问题的提出83.3实际问题分析93.3.1阶跃响应93.3.2带PID 控制器的闭环系统94PID控制器调节124.1PID调节规律124.1.1比例（P）控制124.1.2积分（I）控制124.1.3微分（D）控制124.1.4比例积分（PI）控制124.1.5比例微分（PD）控制134.1.6比例积分微分（PID）控制134.2PID 调节规律对系统稳定性的影响144.2.1比例调节作用144.2.2积分调节作用144.2.3微分调节作用144.2.4比例积分调节作用144.2.5比例微分调节作用144.2.6P、I、D 控制特性的一般结论154.3 P、I、D控制算法选择154.3.1比例控制器系数的设置164.3.2比例积分控制器系数的设置164.3.3比例微分控制器系数的设置164.3.4比例积分微分控制器系数的设置164.4PID 算法最终形式164.5稳定性174.6优化过程174.7偏差175总结20参考文献21致谢22随着医学模式的转变，护理逐步确立了“以病人为中心”整体护理的理想观念，强调了人的“生理心理社会”的整体性，注重患者适应环境的能力，应用心理学知识与患者沟通交流，建立良好的护患关系，主动满足患者的心理需求引言1.1课题研究的来源及意义国际上有一些研究文章阐述了目前工业控制的状况，利用LABVIEW进行PID控制器的设计具有重要的意义，它可以对比例系数、积分系数和微分系数进行调整，很快的确定PID的三个参数，实现对控制系统设定值的跟踪和快速消除扰动，使控制系统达到最佳控制效果。而LABVIEW有一个比较大的函数库，包括数据采集、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等1。PID的应用很方便，若果我们不完全了解一个系统和它的被控对象，或者说不容易利用某种测量方式测得系统参数时，PID控制技术适用于这个系统。总得来说，PID控制包括PI和PD的控制，它就是根据系统误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。1.2国内外发展状况仪器仪表技术既是现代科技的前沿技术,也是信息产业的关键技术，它是信息产业的基础与源头。虚拟仪器技术是仪器仪表技术的最前沿技术，也是测试技术和计算机技术综合的产物,代表了现代测试技术和仪器技术的发展方向。虚拟仪器的软件开发平台很多,目前最具代表性的虚拟仪器开发平台就是美国国家仪器(NI)公司的LabWindows/CVI、LABVIEW 和惠普公司的HP VEE(Agilent VEE)2。LABVIEW 是一种程序开发环境,由美国国家仪器(NI)公司研制开发的,类似于C 和BASIC 开发环境。但是LABVIEW 与其他计算机语言的显著区别是，其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LABVIEW 使用的是图形化编辑语言G 编写程序，产生的程序是框图的形式。控制方法理论自从1940 年以来，推出了许多先进控制方法，但PID 控制器以其结构简单，对模型误差具有鲁棒性及易于操作等优点，仍被广泛应用于冶金、化工、电力、轻工和机械等工业过程控制中。 但是，参数单一不变的PID 控制器，在负载、环境变化的条件下控制效果明显变差。这时需要经验丰富的工程师重新设定PID 参数以适应变化。这样费时费力，能满足现代化工业生产的需求。因此，PID 参数自整定技术受到越来越广泛的关注。特别是在高品质的运动控制专用DSP 出现后，使得在线实现PID 参数自整定技术日益成熟。在生产过程中为了提高产品质，增加产量，节约原材料，要求生产管理及生产过程始终处于最优工作状态。因此产生了一种最优控制的方法，这就叫自适应控制。在这种控制中要求系统能够根据被测参数，环境及原材料的成本的变化而自动对系统进行调节，使系统随时处于最佳状态。自适应控制包括性能估计（辨别）、决策和修改三个环节。它是微机控制系统的发展方向。但由于控制规律难以掌握，所以推广起来尚有一些难以解决的问题。1.3PID 介绍比例积分微分控制器（PID控制器）是一个通用的控制回路的反馈机制，控制器被广泛地应用于工业控制系统，PID控制器计算出一个误差的值作为测量的过程变量和一个理想的设定值之间的差异。控制器通过调整过程控制输入，使误差最小。PID控制器的计算（算法）包含三个独立的常数参数，据此被称为三项控制：比例，积分和导数的值，用P,I，D表示，假设这些值用时间表达：P取决于当前的误差，D基于电流变化率。这三项加权，通过控制元件，用来调整过程中，如一个控制阀的位置，一个阻尼器，或电力供应给加热元件。1.3.1PID控制原理图1-1PID控制原理图如图1-1，PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e (t）与输出u (t）的关系为u(t)=kpe(t)+1/TIe(t)dt+TD*de(t)/dt （1-1）式中积分的上下限分别是0和t因此它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp1+1/(TI*s)+TD*s （1-2）其中kp为比例系数； TI为积分时间常数； TD为微分时间常数比例控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差6。积分控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例