PID仿真可视化程序

PID仿真可视化程序 —— 基于 PyQt5 的 PID 控制器参数调优与系统响应仿真工具。
该项目提供直观的图形界面，允许用户实时调整 PID 参数（Kp、Ki、Kd），并即时观察被控系统（如热辐射耗散系统）对阶跃目标的响应曲线。

✨ 主要功能

• 三参数滑块调节：为 Kp、Ki、Kd 分别提供垂直滑块，并可独立设置上下限，支持精细调节（精度 1/10000）。
• 实时数值显示：当前参数值同步显示在数字框中，支持键盘输入微调。
• 物理模型仿真：内置多种物理系统模型，包括：
  • 零延迟传递系统
  • 延迟传递系统
  • 积分系统
  • 耗散积分系统
  • 辐射耗散系统（专用于激光焊接加热模拟，基于四次方辐射定律）
• 动态响应绘图：每当 PID 参数发生变化，自动重新计算并绘制系统输出（测量值）随时间的变化曲线，并叠加上目标值虚线。
• 曲线自适应缩放：纵坐标根据初始值与目标值自动调整，保证曲线始终居中显示。
• 高性能绘图：使用 Matplotlib 绘制并转换为 OpenCV 图像，再通过 QGraphicsView 高效显示。

🧪 适用场景

• PID 控制原理教学与实验
• 控制系统参数整定练习（如齐格勒-尼科尔斯法）
• 特定物理对象（如热过程）的 PID 控制效果预研

📦 依赖项

• Python 3.6+
• PyQt5
• numpy
• opencv-python (cv2)
• matplotlib

建议使用虚拟环境安装。

🚀 安装与运行

# 1. 克隆仓库
git clone https://github.com/Zixu-Toby-He/python-pid-simulation.git
cd python-pid-simulation/pid仿真

# 2. 安装依赖（推荐使用 pip）
pip install PyQt5 numpy opencv-python matplotlib

# 3. 运行程序
python main.pyw

若系统默认关联 .pyw 文件，亦可直接双击 main.pyw 启动。

🖥️ 使用说明

1. 启动程序后，主窗口分为左右两区：
   • 左侧：三个垂直滑块，分别对应 Kp（红色）、Ki（绿色）、Kd（蓝色）。每个滑块上方有上限调节框，下方有下限调节框，可拖动滑块或直接输入数值改变 PID 参数。
   • 右侧：上方信息面板显示当前参数值，下方为曲线显示区。
2. 调节参数：拖动任一滑块或修改数字框数值，曲线会自动重新生成并刷新。
3. 观察响应：曲线图显示系统从初始状态（默认 0 mV）跟踪目标值（默认 3200 mV）的过程，并包含一条水平虚线表示目标值。
4. 调整物理模型（高级）：若需更换物理模型或修改参数，可在 main.pyw 中修改 物理系统 的实例化参数（如热辐射系数、绝对零度电压值等）。

📁 项目结构

pid仿真/
├── main.pyw              # 程序入口，构建主窗口并控制模拟循环
├── 窗口界面.py           # 定义 PID窗口 类，包含所有 GUI 控件和显示逻辑
├── 控制系统.py           # 基础PID控制系统 类，生成响应数据并绘制曲线
├── 物理系统.py           # 定义各类物理系统模型（基类及派生类）
├── 旧版本/               # 早期实现代码（仅作参考）
├── LICENSE               # MIT 许可证
└── README.md             # 本文件

⚙️ 自定义与扩展

• 更换物理模型：在 main.pyw 的 功能窗口.__init__ 中，将 物理系统 替换为其他类（如 积分系统），并调整相应参数。
• 修改目标值：更改 self.目标测量值 即可。
• 调整仿真时长与精度：在 控制系统.生成测量量变化曲线 调用中修改 结束时刻 和 控制精细度 参数。

📄 许可证

本项目采用 MIT License 授权，详情请参阅 LICENSE 文件。

🤝 贡献

欢迎提交 Issue 或 Pull Request。
若有任何疑问，请联系作者：Zixu-Toby-He。