PID控制实验报告.docx
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PID控制实验报告
实验二数字pid控制
计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。
因此连续pid控制算法不能直接使用，需要采用离散化方法。
在计算机pid控制中，使用的是数字pid控制器。
一、位置式pid控制算法
按模拟pid控制算法，以一系列的采样时刻点kt代表连续时间t，以矩形法数值积分近似代替积分，以一阶后向差分近似代替微分，可得离散pid位置式表达式：
?
tu（k）?
kp?
e（k）?
?
ti?
k?
e（j）?
j?
0k?
td（e（k）?
e（k?
1））?
?
t?
e（k）?
e（k?
1）
t?
kpe（k）?
ki?
e（j）t?
kd
j?
0
式中，ki?
kp
ti，u为控制,kd?
kptd，e为误差信号（即pid控制器的输入）
信号（即控制器的输出）。
在仿真过程中，可根据实际情况，对控制器的输出进行限幅。
二、连续系统的数字pid控制仿真
连续系统的数字pid控制可实现d/a及a/d的功能，符合数字实时控制的真实情况，计算机及dsp的实时pid控制都属于这种情况。
1．ex3设被控对象为一个电机模型传递函数g（s）?
1，式中2js?
bs
j=0.0067,b=0.1。
输入信号为0.5sin（2?
t），采用pd控制，其中kp?
20,kd?
0.5。
采用ode45方法求解连续被控对象方程。
d2ydyy（s）1?
，则?
u，另y1?
y,y2?
y?
2因为g（s）?
，所以j2?
bdtu（s）js?
bsdt
?
?
yy?
?
12，因此连续对象微分方程函数ex3f.m如下?
y?
2?
?
（b/j）y?
（1/j）*u?
2?
functiondy=ex3f（t,y,flag,para）
u=para;
j=0.0067;b=0.1;
dy=zeros（2,1）;
dy
（1）=y
（2）;
dy
（2）=-（b/j）*y
（2）+（1/j）*u;
控制主程序ex3.m
clearall;
closeall;
ts=0.001;%采样周期
xk=zeros（2,1）;%被控对象经a/d转换器的输出信号y的初值
e_1=0;%误差e（k-1）初值
u_1=0;%控制信号u（k-1）初值
fork=1:
1:
2000%k为采样步数
time（k）=k*ts;%time中存放着各采样时刻
rin（k）=0.50*sin（1*2*pi*k*ts）;%计算输入信号的采样值
para=u_1;%d/a
tspan=[0ts];
[tt,xx]=ode45（ex3f,tspan,xk,[],para）;%ode45解系统微分方程
%xx有两列，第一列为tt时刻对应的y，第二列为tt时刻对应的y导数
xk=xx（end,:
）;%a/d，提取xx中最后一行的值，即当前y和y导数yout（k）=xk
（1）;%xk
（1）即为当前系统输出采样值y（k）
e（k）=rin（k）-yout（k）;%计算当前误差
de（k）=（e（k）-e_1）/ts;%计算u（k）中微分项输出
u（k）=20.0*e（k）+0.50*de（k）;%计算当前u（k）的输出
%控制信号限幅
ifu（k）>10.0
u（k）=10.0;
end
ifu（k）<-10.0
u（k）=-10.0;
end
%更新u（k-1）和e（k-1）
u_1=u（k）;
e_1=e（k）;
end
figure
（1）;
plot（time,rin,r,time,yout,b）;%输入输出信号图
xlabel（time（s））,ylabel（rin,yout）;
figure
（2）;
plot（time,rin-yout,r）;
xlabel（time（s））,ylabel（error）;%误差图
程序运行结果显示表1所示。
表1程序运行结果
分析:
输出跟随输入，pd控制中，微分控制可以改善动态特性，调节时间缩短，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高了控制精度.
2．ex4被控对象是一个三阶传递函数523500，采用simulink32s?
87.35s?
10470s
与m文件相结合的形式，利用ode45方法求解连续对象方程，主程序由simulink模块实现，控制器由m文件实现。
输入信号为一个采样周期1ms的正弦信号。
采用pid方法设计控制器，其中kp?
1.5,ki?
2,kd?
0.05。
误差初始化由时钟功能实现，从而在m文件中实现了误差的积分和微分。
控制主程序：
ex4.mdl
控制子程序：
ex4f.m
function[u]=ex4f（u1,u2）%u1为clock，u2为图2-1中sum模块输出的误差信号e的采样值
persistenterrorierror_1
ifu1==0%当clock=0时，即初始时，e（k）=e（k-1）=0
errori=0
error_1=0
end
ts=0.001;
kp=1.5;
ki=2.0;
kd=0.05;
error=u2;
errord=（error-error_1）/ts;%一阶后向差分误差信号表示的误差微分
errori=errori+error*ts;%累积矩形求和计算的误差的积分
u=kp*error+kd*errord+ki*errori;%由pid算式得出的当前控制信号u（k）error_1=error;%误差信号更新
图2-1simulink仿真程序
其程序运行结果如表2所示。
matlab输出结果
errori=
error_1=
表2例4程序运行结果
三、离散系统的数字pid控制仿真
1．ex5设被控对象为g（s）?
523500，采样时间为1ms，对其s3?
87.35s2?
10470s
进行离散化。
针对离散系统的阶跃信号、正弦信号和方波信号的位置响应，设计离散pid控制器。
其中s为信号选择变量，s=1时是阶跃跟踪，s=2时为方波跟踪，s=3时为正弦跟踪。
求出g（s）对应的离散形式g（z）?
则可以得到其对应的差分表达式
yout（k）?
?
den
（2）y（k?
1）?
den（3）y（k?
2）?
den（4）y（k?
3）?
num
（2）u（k?
1）?
num（3）u（k?
2）?
num（4）u（k?
3）y（z），其中y（z）和u（z）是关于z的多项式，u（z）
仿真程序：
ex5.m
%pidcontroller
clearall;
closeall;篇二：
自动控制实验报告六-数字pid控制
实验六数字pid控制
一、实验目的
1．研究pid控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。
2．研究采样周期t对系统特性的影响。
3．研究i型系统及系统的稳定误差。
二、实验仪器
1．el-at-iii型自动控制系统实验箱一台2．计算机一台三、实验内容
1．系统结构图如6-1图。
图6-1系统结构图
图中gc（s）=kp（1+ki/s+kds）gh（s）=（1－e）/s
gp1（s）=5/（（0.5s+1）（0.1s+1））gp2（s）=1/（s（0.1s+1））
-ts
2．开环系统（被控制对象）的模拟电路图如图6-2和图6-3，其中图6-2对应gp1（s）,图6-3对应gp2（s）。
图6-2开环系统结构图1图6-3开环系统结构图2
3．被控对象gp1（s）为"0型"系统，采用pi控制或pid控制，可使系统变为"i型"系统，被控对象gp2（s）为"i型"系统，采用pi控制或pid控制可使系统变成"ii型"系统。
4．当r（t）=1（t）时（实际是方波），研究其过渡过程。
5．pi调节器及pid调节器的增益gc（s）=kp（1+k1/s）=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.启动计算机，在桌面双击图标[自动控制实验系统]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。
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。
3.连接被测量典型环节的模拟电路（图6-2）。
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。
4.在实验项目的下拉列表中选择实验六[六、数字pid控制],鼠标单击
按钮，弹出
实验课题参数设置对话框。
在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果
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6-3）。
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，将纯积分电容两端连在模拟开关上。
检查无误后接通电源。
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：
五、实验报告
1．画出所做实验的模拟电路图。
0型1型
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。
方法：
在这三个参数中，kp对系统性能的影响最大，所以要先确定下来kp的合理值；然后再用试探的方法取到较好的ki和kd的值。
kp=1ki=0.02
kd=1
图一kp=1.5ki=0.02
kd=1:
图二篇三：
实验三数字pid控制
实验三数字pid控制
一、实验目的
1．研究pid控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。
2．研究采样周期t对系统特性的影响。
3．研究i型系统及系统的稳定误差。
二、实验仪器
1．el-at-iii型计算机控制系统实验箱一台
2．pc计算机一台
三、实验内容
1．系统结构图如3-1图。
图3-1系统结构图
图中gc（s）=kp（1+ki/s+kds）
gh（s）=（1－e-ts）/s
gp1（s）=5/（（0.5s+1）（0.1s+1））
gp2（s）=1/（s（0.1s+1））
2．开环系统（被控制对象）的模拟电路图如图3-2和图3-3，其中图3-2对应gp1（s）,图3-3对应gp2（s）。
图3-2开环系统结构图1图3-3开环系统结构图2
3．被控对象gp1（s）为"0型"系统，采用pi控制或pid控制，可系统变为"i型"系统，被控对象gp2（s）为"i型"系统，采用pi控制或pid控制可使系统变成"ii型"系统。
4．当r（t）=1（t）时（实际是方波），研究其过渡过程。
5．pi调节器及pid调节器的增益
gc（s）=kp（1+k1/s）
=kpk1（（1/k1）
=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
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。
检查无误后接通电源。
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：
按钮，
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。
篇四：
基于matlab的模糊pid控制仿真实验报告
自适应模糊pid控制仿真报告
1.自适应模糊控制的规则
49条专家控制规则：
2.系统仿真框图
包括模糊控制器，pid控制器两部分组成。
3.模糊控制器设计
确定为双输入，三输出结构
确定每个变量的论域，其中每个变量都有一个模糊子集来表示。
这个模糊子集中有7个语言变量，分别是：
nb,nm,ns,zo,ps,pm,pb
在编辑界面中，确定好每一个语言变量的范围，以及隶属函数的类型。
如下图所示：
输入模糊控制规则：
仿真结果
pid控制器kp参数在控制过程中的变化曲线：
ki参数：
篇五：
pid控制电机实验报告程设计
pid控制电机实验报告
院系：
年级专业：
姓名：
学号：
指导教师：
电气工程与自动化学院
自动化1班
2015年1月10日
摘要
以电机控制平台为对象，利用51单片机和变频器，控制电机精确的定位和正反转运动，克服了常见的因高速而丢步和堵转的现象。
电机实现闭环控制的基本方法是将电机工作于启动停止区，通过改变参考脉冲的频率来调节电机的运行速度和电机的闭环控制系统由速度环和位置环构成。
通过pid调节实现稳态精度和动态性能较好的闭环系统。
关键词：
变频器pid调节
闭环控制
一、实验目的和任务...............................................................................................-2-二、实验设备介绍...................................................................................................-2-三、硬件电路...........................................................................................................-2-
1.变频器的简介.................................................................................................-2-2.变频器的使用.................................................................................................-3-3.变频器的端子说明.........................................................................................-4-4．变频器辅助功能..........................................................................................-5-四、控制电路...........................................................................................................-5-五、pid控制...........................................................................................................-6-六、心得体会...........................................................................................................-7-七、附录...................................................................................................................-8-
一、实验目的和任务
通过这次课程设计，目的在于掌握如何用dsp控制变频器，再通
过变频器控制异步电动机实现速度的闭环控制。
为实现闭环控制，我们需完成相应的任务：
1、通过变频器控制电机的五段调速。
2、通过示波器输出电机速度变化的梯形运行图与s形运行图。
3、通过单片机实现电机转速的开环控制。
4、通过单片机实现电机的闭环控制。
二、实验设备介绍
装有ccs4.2软件的个人计算机，含有adc模块的51单片机开发板一套，变频器一个，导线若干条。
三、硬件电路
1.变频器的简介
变频器（variable-frequencydrive，vfd）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、等组成。
变频器靠内部igbt的开断来调整输出电源的电压和频率，变频器还有很多的保护功能。
随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
曾经，我们眼中有拥抱春天的狂欢，有舞台下观众热烈的掌声，有扩写着唯美浪漫的文字。
如今，半生已过，我们平凡的如同一杯开水，不再急着添加色料，不再忙着战胜别人，而是默默沉淀，如一波波暗流涌动的潮水，低调地奔腾着。
来日方长，其实并不长，该拼搏就拼搏，该开心就开心，生命哪有时间留给悲伤啊！
你该有的是非成败，别人也曾有过，你该有的辛酸苦辣，谁也不会缺席。
不管怎样，我们总要演好人生这场大戏，直至生命落幕。
不谈亏欠，不负遇见。
回首一片风雨飘摇，时光的胶卷里，有我们沉默的黑与白，也有我们舒展的大森林，在那里，回放着我们骄傲的荒唐事，也切磋着每一天的下酒菜。
半生已过，见过了天地辽阔，我依旧会翻山越岭，看自己想看的风景，见自己想见的人。
或许，一个转身，又是遗憾。
偶尔，我也会像个少年一样，不需领会成人的复杂与焦虑，一意孤行踏上远方的旅途。
谁规定，中年人只能把眼泪藏在漆黑的夜里？
谁规定，中年人就不能有点梦想，就不能在生存夹缝中保留那点坚持？
世上本无枷，心锁困住人。
如果一个人活得过于谨慎，事事都为别人考虑，最后，不但得不到应有的珍惜，反而连自我都会失去。
真正的快乐，是源于一颗自由自在的心。
倦了，累了，烦了，难过了，身边无伴的时候，也要学会善待自己，不妨为自己做一顿可口的饭菜，人生虽苦，升腾的米香味，依旧能带来一种妥帖的温馨。
再冷的天，一颗心灼热着，人间就值得。
半生已过，看尽了人生百态，我依旧会为了瞬间的感动，泪流满面、手舞足蹈。
无论何时何地，我都会被美好的力量所牵引，期待生活中的每一次小惊喜。
时常也会贴上一张"叛逆"的标签，把生活过成了信仰，去突破，去享受。
人生，也就因为有了这样一块一块的小甜品，才会觉得幸福、开心、畅快、美好。
当一个人活出了真意，就会有趣，生动，有青山绿水，有天地光阴。
那里有你走过的风景，踏过的泥泞，邂逅的故事，在一段文字中突然
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