大作业 计算机控制技术实验报告 基于Matlab的PID控制算法仿真深圳大学.docx
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大作业计算机控制技术实验报告基于Matlab的PID控制算法仿真深圳大学
深圳大学实验报告
课程名称:
计算机控制技术
实验项目名称:
基于Matlab的PID控制算法仿真
学院:
机电与控制工程学院
专业:
自动化
指导教师:
杨蓉
报告人:
.学号:
.班级:
3
实验时间:
2012.5.26
实验报告提交时间:
2012.6.4
教务部制.
:
实验目的与要求
(一)用Matlab的仿真工具Simulink分别做出数字PID控制器的两种算法(位置式和增量式)进行仿真;
(二)被控对象为一阶惯性环节D(s)=1/(5s+1);
(三)采样周期T=1s;
(四)仿真结果:
确定PID相关参数,使得系统的输出能够很快的跟随给定值的变化,给出例证,输入输出波形,程序清单及必要的分析。
方法、步骤:
(一)位置式:
(1)列出算法表达式;
(2)列出算法传递函数;
(3)建立Simulink模型;
(4)准备工作:
双击step,将sampletime设置为1以符合采样周期T=1s的要求;选定仿真时间为500;
(5)仿真完毕、运行。
(二)增量式:
(1)列出算法表达式;
(2)列出算法传递函数;
(3)建立Simulink模型;
(4)准备工作:
分别双击step、IntegerDelay,将sampletime设置为1以符合采样周期T=1s;选定仿真时间为50;
(5)仿真完毕、运行。
实验过程及内容:
(一)位置式:
(1)列出算法表达式:
位置式PID控制算法表达式为:
(2)列出算法传递函数:
simulink模型:
(3)建立
(4)准备工作:
双击step,将sampletime设置为1以符合采样周期T=1s的要求;
选定仿真时间为500。
第一步是先获取开环系统的单位阶跃响应,在Simulink中,把反馈连线、微分器、积分器的输出连线都断开,并将'Kp'的值置为1,调试之后获取响应值。
再连上反馈线,再分别接上微分器、积分器,仿真,调试仿真值。
(二)增量式:
(1)列出算法表达式:
增量式PID控制算法表达式为:
)列出算法传递函数:
2(.
模型:
3)建立simulink(
(4)准备工作:
双击step,将sampletime设置为1以符合采样周期T=1s的要求;
选定仿真时间为500。
第一步是先获取开环系统的单位阶跃响应,在Simulink中,把反馈连线、微分器、积分器的输出连线都断开,并将'Kp'的值置为1,调试之后获取响应值。
再连上反馈线,再分别接上微分器、积分器,仿真,调试仿真值。
数据处理分析:
(一)位置式:
1.P控制整定
仿真运行完毕,双击“scope”得到下图
将Kp的值置为0.5,并连上反馈连线。
仿真运行完毕,双击“scope”得到下图
效果不理想,再将Kp的值置为0.2,并连上反馈连线。
P控制时系统的单位阶跃响应图如下:
2.PI控制整定(比例放大系数仍为Kp=0.2)
经多次输入Ki的值,发现Ki=1时,系统的输出最理想,选定仿真时间,仿真运行,运行元毕后.双击Scope得到以下结果
3.PID控制整定
经多次输入调试,Kd的值置为0.5时,系统能最快地趋向稳定。
双击scope可得:
从上面三张图可以看出.PI、PID控制二者的响应速度基本相同,且系统稳定的输出值也相同。
Kp、Ki、Kd分别取0.2、1、0.5。
(二)增量式:
1.对P控制整定
”得到下图scope仿真运行完毕,双击“
将Kp的值置为2.5,并连上反馈连线。
P控制时系统的单仲阶跃响应图如下:
无论如何更改Kp的值,都是呈现出下坡趋势。
2.对PI控制整定(比例放大系数仍为Kp=0.25)
经多次输入Ti的值,发现Ki=0.3时,系统的输出最理想。
仿真运行完毕后.双击Scope得到以下结果,如下图:
3.对PID控制整定
时,如下图3的值置为Kd当.
由图可得,系统非常不稳定。
将Kd的值置为0.5,双击scope可得:
继续调节,将Kd的值置为0.3,双击scope。
虽然Kp在等于0.5跟0.3时,图像相差不大,但很明显当Kp置为0.3时,系统能够更快地趋向平衡,因此取Kp为0.3.
从上面三张图可以看出.P调节下最不稳定,而PID控制下,系统最稳定,且调节时间最短。
Kp,Ki,Kd分别取2.5、0.3、0.3。
实验结论:
通过这次实验可以得出,不同形式的PID控制说所达到的效果是不同的,这将便于我们根据系统具体的情况去做出相应的调整,用最少的路径去达到系统的稳定平衡。
对于位置式的P、PI、PID控制,P控制的系统难以到达稳定状态,所需要的时间很长。
而PI控制与PID控制到达稳定状态的能力基本相同;
对于增量式的P、PI、PID控制,P控制同样难以达到稳定状态,一直呈现下降趋势。
PI控制相比于PID控制,PI控制同样也能通过调节使得系统达到平衡状态,但PID控制的系统呈现出更快,更精准的稳定趋势。
指导教师批阅意见:
成绩评定:
指导教师签字:
年月日
备注:
、报告内的项目或内容设置,可根据实际情况加以调整和补充。
1注: