数字pid控制实验报告doc.docx

1、数字pid控制实验报告doc数字pid控制实验报告篇一：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1EL-AT-III型计算机控制系统实验箱一台2PC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）=（1e-TS）/sGp1（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

2、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23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。5PI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K

3、p。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(本文来自：wwW.xIAocAofaNwE 小 草范 文 网:数字pid控制实验报告)1/s（0.1s+1）为使用环系统稳定，应满足Ti0.1，即K17PID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

4、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

5、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， 1 0.02 1 1 0.01 1 1 0.01 2 1 0.02 2 2 0.02 4五、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

6、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

7、，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。篇二：数字PID控制实验4.5.1数字PID控制实验 1 标准PID控制算法一实验要求1. 了解和掌握连续控制系统的PID控制的原理。 2. 了解和掌握被控对象数学模型的建立。3. 了解和掌握数字PID调节器控制参数的工程整定方法。4. 观察和分析在标准PID控制系统中，P.I.D参数对系统性能的影响。二实验内容及步骤 确立模型结构本实验采用二个惯性环节串接组成实验被控对象，T1=0.2S，T2=0.5S Ko=2。 G0(s)?121?K0?e?S0.5S?10.2S?1T0S?1 被控对象参数的确认被控对象参数的确认构成

8、如图4-5-10所示。本实验将函数发生器（B5）单元作为信号发生器，矩形波输出（OUT）施加于被测系统的输入端R，观察矩形波从0V阶跃到+2.5V时被控对象的响应曲线。图4-5-10 被控对象参数的确认构成实验步骤：注：将S ST用短路套短接! 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中矩形波（矩形波指示灯亮）。 B5的量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度2秒（D1单元左显示）。 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 2.5V左右（D1单元右显示）。 构造模拟电路：按图4-5-10安置短路套及测孔联线，表如下。（a）安置短路套（b）测孔联线 运

9、行、观察、记录：A)先运行程序，选择界面的“工具”菜单选中“（Alt+W）项，弹出双迹示波器的界面，点击开始，用虚拟示波器观察系统输入信号。图4-5-11 被控对象响应曲线B) 在图4-5-112被控对象响应曲线上测得t1和t2。 通常取Y0(t1)?0.3Y0(?），要求从图中测得t1； 通常取Y0(t2)?0.7Y0(?），要求从图中测得t2。 计算T0和?：T0?t2?t1t?t1?2ln1?y0(t1)-ln1?y0(t2)0.8473 ? t2n1?y0(t1)?t1ln1?y0(t2)1.204t1-0.3567t2?ln1?y0(t1)-ln1?y0(t2)0.8473C) 求得

10、数字PID调节器控制参数KP、TI、TD（工程整定法）KP?11.35(?/T0)?0.27K02.5(?/T0)?0.5(?/T0)2TI?T0?1?0.6(?/T0)TD?T0?0.37(?/T0)1?0.2(?/T0) 据上式计算数字PID调节器控制参数KP、TI、TD 数字PID闭环控制系统实验 数字PID闭环控制系统实验构成见图4-5-12，观察和分析在标准PID控制系统中，P.I.D参数对系统性能的影响，分别改变P.I.D参数，观察输出特性，填入实验报告， 图4-5-12 数字PID闭环控制系统实验构成实验步骤：注：将S ST用短路套短接! 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形

11、选择按键选中矩形波（矩形波指示灯亮）。 B5的量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度2秒（D1单元左显示）。 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 2.5V（D1单元右显示）。 构造模拟电路：按图4-5-12安置短路套及测孔联线，表如下。 a）安置短路套（b）测孔联线（3） 运行、观察、记录： 运行LABACT程序，选择微机控制菜单下的数字PID控制实验下的标准PID控制选项，会弹出虚拟示波器的界面，设置采样周期T=0.05秒,然后点击开始后将自动加载相应源文件，运行实验程序。 在程序运行中，设置Kp=0.33，Ti=0.36，Td=0.055，然后点击发

12、送。 点击停止，观察实验结果。 数字PID调节器控制参数的修正采样周期保持T=0.05秒，为了使系统的响应速度加快，可增大比例调节的增益Kp （设Kp=2）；又为了使系统的超调不致于过大，牺牲一点稳态控制精度，增加点积分时间常数Ti=0.6，微分时间常数Td不变，观察实验结果（超调量Mp及上升时间tp）。 三实验报告要求 用LabACT实验箱获取被控对象参数To和。 求取数字PID调节器控制参数Kp、Ti、Td（开环整定法）。 画出数字PID闭环控制系统实验响应曲线 记录数字PID闭环控制系统的超调量Mp及上升时间tp分别填入下表。 比较修正前后数字PID闭环控制系统的超调量Mp及上升时间tp

13、，从定性的角度写出PID调节器控制参数Kp、Ti、Td对系统性能的影响。 4.5.2 积分分离PID控制算法 一实验目的1了解和掌握PID控制系统中的积分饱和现象的产生原因及消除的方法。 2观察和分析采用积分分离PID控制后，控制性能改善的程度及原因。二、实验内容及步骤在PID控制算法系统中，引进积分分离法，既保持了积分的作用，又减小了超调量，使得控制性能有了较大的改善。当偏差值E(k)比较大时，即E(k)E0时，PID控制算法系统中，取消积分控制，采用PD控制；当偏差值E(k)比较小时，即E(k)?E0时，采用PID控制，算法可表示为： ?0,E(k)?E0 Ki?Ki，E(k)?E0Ki?

14、KpTTi积分分离阀值Eo，其数值范围为04.9V。积分分离PID控制算法系统构成如图4-5-12所示（与标准PID控制实验构成相同）。分别观察标准PID控制与积分分离PID控制输出，分析控制性能改善的程度及原因。 实验步骤：同标准PID控制实验，注意，运行LABACT程序时，选择微分控制菜单下的数字PID控制实验下的积分分离PID控制选项。标准PID控制：设置Kp=1，Ti=0.36，Td=0.055，设置积分分离阀值Eo=5V的。 积分分离PID控制：设置Kp=1，Ti=0.36，Td=0.055，设置积分分离阀值Eo=2V。三实验报告要求1.分别记录标准PID控制和积分分离PID控制的超

15、调量Mp及上升时间tp2.分别观察标准PID控制与积分分离PID控制输出，分析控制性能改善的程度及原因。篇三：实验五 数字PID控制实验实验五 数字PID控制实验（北京理工大学 自动化学院 班级：姓名： 学号：） 摘要：本实验除了电路的搭接，最重要的就是计算机各种参数设定的调节，为了可以得到 一个符合要求的响应曲线，需要对示波器上的各种参数进行调整。关键词：数字PID、参数设置、超调量、过渡过程时间 一、 实验目的 1. 了解数字PID的控制特点、控制方式。 2. 了解和掌握连续控制系统的PID控制算法表达式（微分方程）。3. 了解和掌握被控对象数学模型的建立方法。4. 了解和掌握PID调节器

16、控制参数的工程整定方法。5. 了解和掌握用实验箱进行数字PID控制过程。6. 观察和分析在标准PID控制系统中，P、I、D参数对系统性能的影响。二、 实验过程1. 数字PID控制模拟PID控制框图如下：图1 PID控制框图写出传递函数形式为2. 数字PID调节器控制特性1）比例控制比例(P)控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。 2）积分控制在积分(I)控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自 动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器

17、中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加 而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 3）微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零

18、。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。数字PID调节器控制参数，取采样周期T=0.05s。数字PID闭环控制系统实验构成如下图所示。图2闭环控制系统电路图 三、 实验结果 图3图4表1 四、 思考题 1. 分析思考P、I、D在工程整定中的作用及PID的实际应用。事先将差值信号进行放大，比例增益P就是

19、用来设置差值信号的放大系数的。比例增益P越大，调节灵敏度越高，但由于传动系统和控制电路都有惯性，调节结果达到最佳值时不能立即停止，导致“超调”，然后反过来调整，再次超调，形成振荡。为此引入积分环节I，其效 果是，使经过比例增益P放大后的差值信号在积分时间内逐渐增大(或减小)，从而减缓其变化速度，防止振荡。但积分时间I太长，又会当反馈信号急剧变化时，被控物理量难以迅速恢复。在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因 是由于存在有较大惯性组件（环节）或小比例增益P。被控物理量在发生变化有滞后组件，具有

20、抑制误差的作用，其后难以恢复，首先加大比例增益P，如变化总是落后于误差的变化。 果恢复仍较缓慢，可适当减小积分时间2. 使用PID控制中，若增加是否需要改变I，还可加大微分时间D。和的值？ 不需要，一个环节的改变不会影响其他五、结束语 两个环节，但会影响系统的性能。 本实验除了电路的搭接，最重要的就是3. 实际应用中，是否可以选择比较大？为 计算机各种参数设定的调节，为了可以什么？ 得到一个符合要求的响应曲线，需要对不可以，当?非常大时，微分环节增 示波器上的各种参数进行调整，参数之强，即超前环节过大，对噪声信号将产 间相互影响，对操作要求较高，通过本生放大作用，使系统失控。 次实验对PID控制理解更加深刻。 4. 对不同的被控对象，如何选择PID参数？有何规律？ P、I、D参数的预置是相辅相成的，运 行现场应根据实际情况进行如下细调：被控物理量在目标值附近振荡，首先加大积分时间I，如仍有振荡，可适当减 参考文献 1胡寿松 自动控制理论（第六版） 科学出版社 XX 2 姜增如 自动控制理论实验 北京理工大学出版社 XX