MATLAB实现的汽温过程控制系统：GPC与PID算法对比仿真

资 源 简 介

本项目基于MATLAB开发，实现了广义预测控制（GPC）与传统PID算法对汽温过程的动态控制仿真。通过建立汽温系统的数学模型，结合图形用户界面直观展示两种控制策略的性能对比，适用于控制算法研究与教学演示。

详 情 说 明

基于GPC与PID算法的汽温过程控制系统设计与仿真

项目介绍

本项目设计并实现了一个针对汽温过程控制系统的仿真平台，重点对比研究了广义预测控制（GPC）算法与传统PID控制器在汽温控制中的性能表现。通过建立汽温过程的数学模型，该仿真系统能够模拟实际工业过程中温度控制场景，并可视化展示两种控制策略的动态响应特性、鲁棒性和抗干扰能力。

功能特性

• 多控制器对比：实现GPC与PID两种控制算法在同一被控对象上的并行仿真与对比分析。
• 系统建模：提供基于传递函数或状态空间方法的汽温过程数学模型构建与参数配置。
• 交互式仿真：配备图形用户界面（GUI），支持实时调整控制器参数与被控对象模型，并即时观察控制效果。
• 性能评估：自动计算并展示关键性能指标，包括超调量、调节时间、稳态误差以及ISE、IAE、ITAE等误差积分指标。
• 抗扰动分析：支持引入外部扰动信号（如热负荷变化），评估控制系统的鲁棒性。
• 稳定性分析：可生成Bode图、Nyquist图等频域分析结果，辅助进行系统稳定性判断。

使用方法

1. 参数设置：在GUI界面中输入或选择汽温系统的模型参数（如时间常数、延迟、增益）。
2. 设定目标：定义期望的温度设定曲线，可选择阶跃信号或自定义温度轨迹。
3. 控制器配置：分别设置GPC控制器参数（预测时域、控制时域、柔化系数等）和PID控制器参数（Kp, Ki, Kd）。
4. 运行仿真：启动仿真过程，系统将实时显示温度响应曲线、控制量输出曲线以及误差统计。
5. 结果分析：仿真结束后，查看性能指标对比表格和稳定性分析图表，进行综合分析。

系统要求

• 操作系统：Windows / Linux / macOS
• 软件环境：MATLAB R2018a 或更高版本
• 必要工具箱：Control System Toolbox, Signal Processing Toolbox（用于高级分析功能）

文件说明

主程序文件包含了项目的核心仿真逻辑与图形用户界面的集成实现。其主要功能包括：初始化汽温过程数学模型，接收用户通过界面输入的控制器参数与设定值，分别调用GPC算法与PID控制器的计算模块进行在线控制解算，实时更新并绘制系统响应曲线与控制输出，同时执行性能指标计算与稳定性分析，最终将对比结果呈现于图形界面之中。