过程控制实验报告讲解Word格式.docx
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[mp,tf]=max（y）;
%返回峰值及峰值时间
cs=length（t）;
%获得稳态时间
yss=y（cs）;
%获得稳态值
sigma=100*（mp-yss）/yss;
%计算超调量
tp=t（tf）;
%计算峰值时间
%计算调节时间
i=cs+1;
n=0;
whilen==0,
i=i-1;
ifi==1
n=1;
elseify（i）>
1.05*yss%判断响应值是否大于稳态值
%的1.05倍
n=1;
end
t1=t（i）;
j=cs+1;
j=j-1;
ifj==1
elseify（i）<
0.95*yss%判断响应值是否小于稳态值的0.95倍
end
t2=t（j）;
Ift2<
tp,
ift1>
t2,
ts=t1;
elseift2>
tp,
ift2<
t1,
ts=t2;
else
sigma=sigma（:
:
1）%显示超调量
tp=tp（:
1）%显示峰值时间
ts%显示调节时间
3.实验结果及性能指标
（1）.实验结果
sigma=
32.3442
tp=
58.4907
ts=
90.9393
（2）.与单回路系统的对比
Simulink仿真图
性能指标
73.4939
69.2071
820.1644
4.实验结论：
1.（从回路的个数分析）由于串级控制系统是一个双回路系统，，因此能迅速克服进入副回路的干扰，从某个角度讲，副回路起到了快速“粗调”作用，主回路则担当进一步“细调”的功能，所以应设法让主要扰动的进入点位于副回路内。
2.能改善被控对象的特性，提高系统克服干扰的能力。
由于副回路等效被控对象的时间常数比副对象的时间常数小很多，因而由于副回路的引入而使对象的动态特性有了很大的改善，有利于提高系统克服干扰的能力。
3.提高了系统的控制精度。
实验二：
专家PID仿真控制
假设一专家控制系统的传递函数为：
G（s）=
采用专家系统PID控制，输入信号为阶跃信号，取采样时间为1ms，用MATLAB仿真模拟此模型的阶跃响应过程。
2.专家PID控制过程分析：
专家控制的实质是基于受控对象和控制规律的各种知识，并以智能的方式利用这些知识来设计控制器。
利用专家经验来设计PID参数便构成了专家PID控制。
（1）首先通过传递函数离散取样，采样时间间隔为1ms。
（2）然后取PID初始值：
kp=0.6;
ki=0.03;
kd=0.01;
（需要根据传递函数调整）
（3）二阶系统阶跃过程分析如下，取阶跃信号
：
令e（k）表示离散化的当前采样时刻的误差值，e（k-1）、e（k-2）、分别表示前一个和前两个采样时刻的误差值，则有
根据误差及其变化，可设计专家PID控制器，该控制器可分为5种情况设计：
Ⅰ：
时，实施开环控制。
Ⅱ：
当
时由控制器实施较强控制作用，其输出可以为
当
时控制器实施一般的控制作用，其输出为
Ⅲ：
时，控制器输出不变。
Ⅳ：
时，实施较强控制作用，
时，实施较小控制作用，
Ⅴ：
时，此时加入积分，减小稳态误差。
式中，
—————误差e的第k个极值；
—-分别为第k次和第k-1次控制器输出；
=2——————增益放大系数，
；
=0.6—————增益抑制系数，
——设定的误差界限，
，
其中
可取0.8，0.4，0.2，0.01四值；
=0.001—————任意小正实数。
（4）最后写出线性模型及当前采样时刻的误差值：
（5）循环以上（3）—（4）步，循环次数为1000次。
（6）画出专家PID控制阶跃响应曲线图（a）和误差响应曲线（b）。
3.实验程序：
%ExpertPIDController
%清除所有记录
closeall;
%关闭所有
ts=0.001;
%采样时间ts=0.001
sys=tf（5.235e5,[1,87.35,1.047e4,91]）;
%建立连续系统传递函数模型
dsys=c2d（sys,ts,'
z'
%连续系统转换为离散系统模型
[num,den]=tfdata（dsys,'
v'
%返回分数形式的传递函数
u_1=0.0;
u_2=0.0;
u_3=0.0;
%设定输入初始值
y_1=0.0;
y_2=0.0;
y_3=0.0;
%设定输出初始值
x=[0,0,0];
%设置一个三维变量
x2_1=0;
%X2=0
kp=0.1;
%设定比例系数
ki=0.02;
%设定积分系数
kd=0.01;
%设定微分系数
k1=2;
k2=0.6;
e=0.001;
M2=0.05;
error_1=0;
fork=1:
1000;
%for循环执行1000次
time（k）=k*ts;
%获得采样序列
rin（k）=1.0;
%输入阶跃信号
u（k）=kp*x
（1）+kd*x
（2）+kd*x（3）;
%离散系统PID规律算法
%以下为专家控制器的规则
ifabs（x
（1））>
0.8%如果
u（k）=0.45;
elseifabs（x
（1））>
0.40
u（k）=0.40;
0.20
u（k）=0.12;
0.01
u（k）=0.10;
if（x
（1）*x
（2）>
0）|（x
（2）==0）%Therule2
=M2
u（k）=u_1+k1*kp*x
（1）;
u（k）=u_1+0.4*kp*x
（1）;
if（x
（1）*x
（2）<
0&
x
（2）*x2_1>
0）|（x
（1）==0）
u（k）=u（k）;
if（x
（1）*x
（2）<
0）&
（x
（2）*x2_1<
0）
M2
u（k）=u_1+k1*kp*error_1;
u（k）=u_1+k2*kp*error_1;
ifabs（x
（1））<
=e%IntegrationseparationPIcontrol
u（k）=0.5*x
（1）+0.01*x（3）;
ifu（k）>
=10%Restrictingtheoutputofcontroller
u（k）=10;
ifu（k）<
=-10
u（k）=-10;
%Linearmodel
yout（k）=-den
（2）*y_1-den（3）*y_2-den（4）*y_3+num
（1）*u（k）+num
（2）*u_1+num（3）*u_2+num（4）*u_3;
error（k）=rin（k）-yout（k）;
%------returnofPIDparamters---------
u_3=u_2;
u_2=u_1;
u_1=u（k）;
y_3=y_2;
y_2=y_1;
y_1=yout（k）;
x
（1）=error（k）;
%calculatingP
x2_1=x
（2）;
x
（2）=（error（k）-error_1）/ts;
%calculatingD
x（3）=x（3）+error（k）*ts;
%calculatingI
error_1=error（k）;
%绘制图1
plot（time,rin,'
b'
time,yout,'
r'
%输出蓝色曲线稳态值红色为响应曲线
xlabel（'
time（s）'
%x轴为时间轴
ylabel（'
rin,yout'
%y轴为响应值
figure
（2）;
%绘制图2
plot（time,rin-yout,'
%输出稳态误差红色曲线
error'
%y轴为稳态误差
参数调节过程及实验结果：
Kp=0.8ki=0kd=0
专家PID控制阶跃响应曲线图：
误差响应曲线图：
Kp=0.3ki=0kd=0
Kp=0.1ki=0kd=0
Kp=0.1ki=0.04kd=0
Kp=0.1ki=0.04kd=0.9
Kp=0.1ki=0.04kd=0.5
Kp=0.1ki=0.02kd=0.01
4.实验结论：
比例系数：
作用在于加快系统的响应速度，提高系统调节精度。
当系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用以减少误差。
越大，系统响应越快，但将产生超调和振荡甚至导致系统不稳定，因此的值不能取得过大；
但如果取值过小，过小会降低调节精度，是系统响应速度缓慢，从而延长调节时间，使系统静、动态特性变坏。
积分系数：
作用在于消除系统的稳态误差，提高无差度。
越大积分速度越快，系统静差消除越快，但过大在响应过程初期会产生积分饱和现象，从而引起响应过程出现较大超调，使动态性能变差；
过小则会使积分作用变弱，使系统的静差难以消除，过渡时间加长，不能尽快达到稳定状态，影响系统的调节精度和动态特性。
微分系数：
作用在于改善系统的动态特性，反映系统偏差信号的变化率并预见偏差变化的趋势，能产生超前的控制作用，使系统的超调降低，增加系统稳定性。
但不能过大，过大则会使响应过程提前制动和延长系统调节时间，而且还会使系统的抗干扰性变差。
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