实验三数字PID控制13页word资料文档格式.docx
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=KpK1((1/k1)s+1)/s
=K(Tis+1)/s
式中K=KpKi,Ti=(1/K1)
不难看出PI调节器的增益K=KpKi,因此在改变Ki时,同时改变了闭环增益K,如果不想改变K,则应相应改变Kp。
采用PID调节器相同。
6.“II型”系统要注意稳定性。
对于Gp2(s),若采用PI调节器控制,其开环传递函数为
G(s)=Gc(s)·
Gp2(s)
=K(Tis+1)/s·
1/s(0.1s+1)
为使用环系统稳定,应满足Ti>
0.1,即K1<
10
7.PID递推算法如果PID调节器输入信号为e(t),其输送信号为u(t),则离散的递推算法如下:
u(k)=u(k-1)+q0e(k)+q1e(k-1)+q2e(k-2)
其中q0=Kp(1+KiT+(Kd/T))
q1=-Kp(1+(2Kd/T))
q2=Kp(Kd/T)
T--采样周期
四、实验步骤
1.连接被测量典型环节的模拟电路(图3-2)。
电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出,电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。
检查无误后接通电源。
2.启动计算机,双击桌面“计算机控制实验”快捷方式,运行软件。
3.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。
如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。
4.在实验项目的下拉列表中选择实验三[数字PID控制],鼠标单击鼠标单击
按钮,弹出实验课题参数设置窗口。
5.输入参数Kp,Ki,Kd(参考值Kp=1,Ki=0.02,kd=1)。
6.参数设置完成点击确认后观察响应曲线。
若不满意,改变Kp,Ki,Kd的数值和
与其相对应的性能指标p、ts的数值。
7.取满意的Kp,Ki,Kd值,观查有无稳态误差。
8.断开电源,连接被测量典型环节的模拟电路(图3-3)。
电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出,电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入,将纯积分电容的两端连在模拟开关上。
9.重复4-7步骤。
10.计算Kp,Ki,Kd取不同的数值时对应的p、ts的数值,测量系统的阶跃响应曲线及时域性能指标,记入表中:
实验结果
参数
δ%
Ts
阶跃响应曲线
Kp
Ki
Kd
1
0.02
43.8%
1.299
0.01
25.9%
1.112
2
31.2%
1.168
40.3%
1.954
0.02
4
36.7%
0.914
10.02110.011
10.01210.022
20.024
五、实验报告
1.画出所做实验的模拟电路图。
2.当被控对象为Gp1(s时)取过渡过程为最满意时的Kp,Ki,Kd,画出校正后的Bode图,查出相稳定裕量和穿越频率c。
3.总结一种有效的选择Kp,Ki,Kd方法,以最快的速度获得满意的参数。
先通过改变Kp的值,使Kp满足要求,再改变Ki,最后是Kd,通过这样一次改变参数的方法可以很快的达到满意的效果。
参数整定(试凑法)
增大比例系数Kp,一般加快系统响应,在有静差的情况下有利于减小静差,但过大的比例系数会使系统有较大超调,并产生震荡,使稳定性变坏;
增大积分时间Ti,有利于减小超调,减小震荡,使系统更加稳定,但系统静差的消除将随之减慢;
增大微分时间Td,亦有利于加快系统响应,使超调亮减小,稳定性增加,但对系统的扰动抑制能力减弱,对扰动有较敏感的响应;
另外,过大的微分系数也将使得系统的稳定性变坏。
实验六大林算法
1.掌握大林算法的特点及适用范围。
2.了解大林算法中时间常数T对系统的影响。
1.实验被控对象的构成:
(1)惯性环节的仿真电路及传递函数
G(S)=-2/(T1+1)
T1=0.2
(2)纯延时环节的构成与传递函数
G(s)=e-N
=采样周期N为正整数的纯
延时个数
由于纯延时环节不易用电路实现,
在软件中由计算机实现。
图6-1被控对象电路图
(3)被控对象的开环传函为:
G(S)=-2e-N/(T1+1)
2.大林算法的闭环传递函数:
Go(s)=e-N/(Ts+1)T=大林时间常数
3.大林算法的数字控制器:
D(Z)=(1-e/T)(1-e-/T1Z-1)/[k(1-e-/T1)[1-e-/TZ-1-(1-e-/T)Z-N-1]]
设k1=e-/TK2=e-/T1T1=0.2T=大林常数K=2
(K-Kk2)Uk=(1-k1)ek-(1-k1)k2ek-1+(k-kk2)k1Uk-1+(k-kk2)(1-k1)Uk-N-1
四、实验步骤
1.启动计算机,双击桌面“计算机控制实验”快捷方式,运行软件。
2.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。
3.量对象的模拟电路(图6-1)。
4.在实验项目的下拉列表中选择实验六[六、大林算法],鼠标单击
按钮,弹出实验课题参数设置对话框,在参数设置窗口设置延迟时间和大林常数,点击确认在观察窗口观测系统响应曲线。
测量系统响应时间Ts和超调量p。
5.复步骤4,改变参数设置,将所测的波形进行比较。
并将测量结果记入下表中:
性能指标
参数设置
Ts(秒)
Tp(秒)
延迟时间
大林常数
0.5
1.342
2.315
1.443
2.534
1.023
1.934
0.8
1.923
3.264
20.510.5
40.520.8
1.分析开环系统下的阶跃响应曲线。
答:
开环系统下的阶跃响应曲线会有较大的超调量和持续的震荡,使得系统的稳定性降低,对控制系统的控制性能极为不利。
2.分析大林时间常数对系统稳定性的影响。
随着大林常数的增大,系统响应的调节时间Ts和达到峰值的时间Tp都增大了,但是对超调量影响不大,所以使得系统的稳定性减弱。
六、大林算法软件流程图
图中ek为误差,ek1为上一次的误差,uk是控制量,uk1是上一次的控制量ukn1是上N+1次的控制量
使硬件被控对象初始化值输出等于0
采集硬件被控对象的输出inputf
inputf浮点化
inputf延迟N步
求ek=start-inputf
(K-Kk2)Uk=(1-k1)ek-(1-k1)k2ek1
+(k-kk2)k1Uk1+(k-kk2)(1-k1)Ukn1
判uk是否超上下限
输出uk
ek1=ekUkn1更新
画被控对象第J点输出inputf
J+1
J<
Point
结束
实验七炉温控制实验
1.了解温度控制系统的特点。
2.研究采样周期T对系统特性的影响。
3.研究大时间常数系统PID控制器的参数的整定方法。
3.炉温控制实验对象一台
三、炉温控制的基本原理
1.系统结构图示于图7-1。
图7-1系统结构图
图中Gc(s)=Kp(1+Ki/s+Kds)
Gp(s)=1/(Ts+1)
2.系统的基本工作原理
整个炉温控制系统由两大部分组成,第一部分由计算机和A/D&
D/A卡组成,主要完成温度采集、PID运算、产生控制可控硅的触发脉冲,第二部分由传感器信号放大,同步脉冲形成,以及触发脉冲放大等组成。
炉温控制的基本原理是:
改变可控硅的导通角即改变电热炉加热丝两端的有效电压,有效电压的可在0~140V内变化。
可控硅的导通角为0~5CH。
温度传感是通过一只热敏电阻及其放大电路组成的,温度越高其输出电压越小。
外部LED灯的亮灭表示可控硅的导通与闭合的占空比时间,如果炉温温度低于设定值则可控硅导通,系统加热,否则系统停止加热,炉温自然冷却到设定值。
第二部分电路原理图见附录一。
3.PID递推算法:
如果PID调节器输入信号为e(t),其输送信号为u(t),则离散的递推算法如下:
Uk=Kpek+Kiek2+Kd(ek-ek-1),其中ek2是误差累积和。
四、实验内容:
1.设定炉子的温度在一恒定值。
2.调整P、I、D各参数观察对其有何影响。
五、实验步骤
2.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。
3.20芯的扁平电缆连接实验箱和炉温控制对象,检查无误后,接通实验箱和炉温控制的电源。
闭环控制
6.在实验项目的下拉列表中选择实验七[七、炉温控制]鼠标单击
按钮,弹出实验课题参数设置对话框,选择PID,在参数设置窗口设置炉温控制对象的给定温度以及Ki、Kp、Kd值,点击确认在观察窗口观测系统响应曲线。
7.重复步骤6,改变PID参数,观测波形的变化,记入下表中:
81%
81
528
78%
79
371
21%
78
180
六、实验报告
1.记录过渡过程为最满意时的Kp,Ki,Kd并画出其响应曲线。
Kp=1;
Ki=0.02;
Kd=4
2.分析此情况下的超调量、响应时间及稳态误差。
21%,78s,3.2%
10.21
40.21
10.24
10.14
七、温度控制软件流程图
图中e