杭电自动化专业计算机控制系统实验报告.docx

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杭电自动化专业计算机控制系统实验报告

实验一、常规PID控制算法仿真

仿真框图如下

实验参数：

shiyanpid Ts=0.1s，b为班号1～5，x为学号后2位，1～45

实验要求：

（1）画Simulinnk框图

（2）设计或凑试PID三个参数，进行仿真

（3）使稳态误差为0，且动态性能较满意

仿真框图：

实验分析：

b=1,x=15。

比例系数Kp增大时系统动作灵敏，响应速度加快，过大会使振荡次数增加，系统趋向不稳定，这里取120。

积分环节可以消除稳态误差，Ti减小，系统振荡次数增加，这里取Ki为150。

微分环节可以改善系统动态性能，减小超调和调节时间，这里取Kd为10。

系统在2秒内达到稳态。

实验二、积分分离PID控制算法仿真

实验参数：

shiyanpidjffl Ts=0.1s，b为班号1～5，x为学号后2位，1～45

实验要求：

（1）画Simulinnk框图

（2）使稳态误差为0，且动态性能较满意

（3）尝试不同的积分分离的阈值（比如ε＝0，0.1，0.2，……，0.9，1），观察阶跃响应，并确定最佳的阈值

实验框图：

翻译后Switch模块的说明：

如果2输入满足规则，则1通道通过，否则3输入通过。

输入被标号。

1输入通过规则是输入2（偏差e）大于或等于阀值。

第一三输入为数据输入，第二输入为控制输入。

原理：

|e（k）|<=ε,ki起作用

|e（k）|>ε,ki不起作用，由于阶跃输入，（treshhold）ε＝0.1，0.2，……，0.9，1。

由于参数原因去kp=50,ki=kd=0时，曲线最好

为了体现ε的作用，积分值不取0，改为Ki=10

取不同ε后的曲线

ε=0.1

ε=0.5

ε=1

分析：

ε=0.1时曲线最好，ε过大起不到积分分离的作用，比如ε=1，总会存在积分作用，ε过小可能是控制不能跳出积分分离的区域，从而只存在PD作用，长时间存在静差。

实验三、不完全微分PID控制算法仿真

1、不完全微分PID控制器的阶跃响应

实验参数：

Shiyanpidbwqwfstep Ts=0.1s，仿真时间设为10s,5s,3s

P=1I=1D=1

滤波器参数a=0.1，0.2，……，0.8，1.2，

实验框图：

框图1：

积分输出：

微分输出：

可见微分只在第一个单位时间有相应，而且较大

框图2：

a=0.1时

a=0.5时：

a=1时：

分析：

引入惯性环节后，对微分环节对阶跃响应有明显的改善作用。

可以持续，且幅值下降。

2、具有不完全微分PID控制器的系统的阶跃响应

Shiyanpidbwqwf Ts=0.1s，饱和限幅u=±2，b为班号1～5，x为学号后2位，1～45

参考值：

（1）b=1，x=1，P=1，I=0.4，D=0.5，仿真时间设为20s

（2）b=1，x=45，P=5，I=0.2，D=0.5，仿真时间设为200s

滤波器参数a=0.1，0.2，……，0.8，1.2，

实验要求：

（1）画Simulinnk框图

（2）选择饱和环节参数以及不完全微分之滤波器参数a，使稳态误差为0，且动态性能较满意

（3）尝试不同的PID参数以及对应的滤波器参数a，观察阶跃响应，并确定最佳滤波器参数a

实验框图：

b=1,x=15

P=5I=0.4D=0.5

没有不完全微分的D通道

有不完全微分的D通道：

a=0.1时，系统输出：

a=0.6时，（此时最好）系统输出：

a=0.8时，系统输出：

总结：

不完全微分将低通滤波器加在微分控制环节上，使阶跃作用下，开始有不太大的微分作用，后按一定规律衰减，在较长时间内都有微分作用，有效克服了标准PID算法的不足。