PID控制实验报告Word格式.docx

1、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.mclear all;close all;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 for k=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/AtS

2、pan=0 ts; 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if u（k）10.0 u（k）=10.0;en

3、dif u（k）-10.0 u（k）=-10.0;end 表2 例4程序运行结果kp=1.5;ki=2.0;kd=0.05;kp=3.5;三、离散系统的数字PID控制仿真1Ex5 设被控对象为，采样时间为1ms，对其进行离散化。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，其中Y（z）和U（z）是关于z的多项式，则可以得到其对应的差分表达式仿真程序：ex5.m%PID Controller%采样周期sys=tf（5.235e005,1,87.35,1.04

4、7e004,0）;%被控对象连续传递函数dsys=c2d（sys,ts,z%转换成离散z传递函数的形式num,den=tfdata（dsys,v%提取z传递函数中的分子和分母多项式系数u_1=0.0;u_2=0.0;u_3=0.0;%u（k-1）、u（k-2）、u（k-3）的初值y_1=0.0;y_2=0.0;y_3=0.0; %y（k-1）、y（k-2）、y（k-3）的初值x=0,0,0; %比例、微分、积分项的初值error_1=0;%e（k-1）的初值disp（S=1-step,S=2-sin,S=3-square）% S=1阶跃，S=2方波，S=3正弦S=input（Number of

5、 input signal S:）%接收输入信号代号1500time（k）=k*ts;%各采样时刻if S=1 %阶跃输入时 kp=0.50;ki=0.001;kd=0.001; %各项PID系数 rin（k）=1; %阶跃信号输入elseif S=2 %各项PID系数 rin（k）=sign（sin（2*2*pi*k*ts）; %方波信号输入elseif S=3 kp=1.5;ki=1.0;kd=0.01; rin（k）=0.5*sin（2*2*pi*k*ts）; %正弦信号输入 u（k）=kp*x（1）+kd*x（2）+ki*x（3）; %PID控制信号输出u（k）%控制信号输出限幅=10

6、 u（k）=10;=-10 u（k）=-10;%根据差分方程计算系统当前输出y（k）yout（k）=-den（2）*y_1-den（3）*y_2-den（4）*y_3+num（2）*u_1+num（3）*u_2+num（4）*u_3;error（k）=rin（k）-yout（k）;%当前误差%更新u（k-1）、u（k-2）、u（k-3）、y（k-1）、y（k-2）、y（k-3）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）; %比例输出x（2）=（error（k）-error_1）/ts; %微分输出x（3）

7、=x（3）+error（k）*ts; %积分输出 error_1=error（k）; %更新e（k-1）figure（1）; %作图plot（time,rin,r,time,yout,bxlabel（time（s）,ylabel（rin,yout其程序运行结果如表3所示。kp=0.50;kp=1.50;S=1阶跃跟踪S=2方波跟踪S=3正弦跟踪2Ex6 针对于Ex5被控对象所对应的离散系统，设计针对三角波、锯齿波和随机信号的位置式响应。ex6.m。程序中当S=1时为三角波，S=2时为锯齿波，S=3时为随机信号。如果D=1，则通过pause命令实现动态演示仿真。r_1=rand;y_1=0;y_

8、2=0;y_3=0;S=1-Triangle,S=2-Sawtooth,S=3-Random）% S=1三角，S=2锯齿，S=3随机 S=input（D=1-Dynamic display,D=1-Direct display）%D=1动画显示，D=1直接显示D=input（D=）3000kp=1.0;if S=1 %Triangle Signal if mod（time（k）,2）=5.0 vr（k）=abs（rin（k）-r_1）/ts）;u（k）=kp*x（1）+kd*x（2）+ki*x（3）; %PID Controller%Restricting the output of cont

9、roller=10%Linear modelr_1=rin（k）; %Calculating P %Calculating D %Calculating Ixi（k）=x（3）;if D=1 %Dynamic Simulation Display plot（time,rin, pause（0.000001）;ylabel（Matlab运行结果为：S=1-Triangle,S=2-Sawtooth,S=3-Random1（2、3）S = 1D=1-Dynamic display,D=0-Direct display %D=1动画显示，D=1直接显示D=0D = 0 %D=0直接显示，如果D=1，则通过pause命令实现动态演示仿真。其程序运行结果如表4所示。表4 程序运行结果S=1 d=1S=2 d=1S=3 d=1分析：s=1时为三角波的位置式响应，s=2时为锯齿波的位置式响应；s=3时为随机信号的位置式响应。3Ex7 采用Simulink实现PID控制器的设计，如图2-2所示，其中离散PID控制的子系统如图2-3所示，其封装界面如图2-4所示。ex7.mdl图2-2 离散PID控制