PID控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告9頁(yè)

1、實(shí)驗(yàn)二 數(shù)字pid控制計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量。因此連續(xù)pid控制算法不能直接使用，需要采用離散化方法。在計(jì)算機(jī)pid控制中，使用的是數(shù)字pid控制器。一、位置式pid控制算法按模擬pid控制算法，以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn)kt代表連續(xù)時(shí)間t，以矩形法數(shù)值積分近似代替積分，以一階后向差分近似代替微分，可得離散pid位置式表達(dá)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?kdj?0式中，ki?kpti，u為控制,kd?kptd，e為誤差信號(hào)（即pid控制

2、器的輸入）信號(hào)（即控制器的輸出）。在仿真過(guò)程中，可根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)控制器的輸出進(jìn)行限幅。二、連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字pid控制仿真連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字pid控制可實(shí)現(xiàn)d/a及a/d的功能，符合數(shù)字實(shí)時(shí)控制的真實(shí)情況，計(jì)算機(jī)及dsp的實(shí)時(shí)pid控制都屬于這種情況。1ex3 設(shè)被控對(duì)象為一個(gè)電機(jī)模型傳遞函數(shù)g(s)?1，式中2js?bsj=0.0067,b=0.1。輸入信號(hào)為0.5sin(2?t)，采用pd控制，其中kp?20,kd?0.5。采用ode45方法求解連續(xù)被控對(duì)象方程。 d2ydyy(s)1?，則?u，另y1?y,y2?y?2因?yàn)間(s)?，所以j2?bdtu(s)js?bsdt?yy?12，因此連續(xù)

3、對(duì)象微分方程函數(shù)ex3f.m如下 ?y?2?(b/j)y?(1/j)*u?2?function dy = 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.mclear all;close all;ts=0.001; %采樣周期xk=zeros(2,1);%被控對(duì)象經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)y的初值e_1=0;%誤差e(k-1)初值u_1=0;%控制信號(hào)u(k-1)初值for k=1:1:2000 %k為采樣步數(shù)time(k) = k

4、*ts; %time中存放著各采樣時(shí)刻rin(k)=0.50*sin(1*2*pi*k*ts); %計(jì)算輸入信號(hào)的采樣值para=u_1; % d/atspan=0 ts;tt,xx=ode45(ex3f,tspan,xk,para); %ode45解系統(tǒng)微分方程%xx有兩列，第一列為tt時(shí)刻對(duì)應(yīng)的y，第二列為tt時(shí)刻對(duì)應(yīng)的y導(dǎo)數(shù)xk = xx(end,:); % a/d，提取xx中最后一行的值，即當(dāng)前y和y導(dǎo)數(shù) yout(k)=xk(1); %xk(1)即為當(dāng)前系統(tǒng)輸出采樣值y(k)e(k)=rin(k)-yout(k);%計(jì)算當(dāng)前誤差de(k)=(e(k)-e_1)/ts; %計(jì)算u(k)

5、中微分項(xiàng)輸出u(k)=20.0*e(k)+0.50*de(k);%計(jì)算當(dāng)前u(k)的輸出%控制信號(hào)限幅if u(k)>10.0u(k)=10.0;endif u(k)<-10.0u(k)=-10.0;end%更新u(k-1)和e(k-1)u_1=u(k);e_1=e(k);endfigure(1);plot(time,rin,r,time,yout,b);%輸入輸出信號(hào)圖xlabel(time(s),ylabel(rin,yout);figure(2);plot(time,rin-yout,r);xlabel(time(s),ylabel(error);%誤差圖程序運(yùn)行結(jié)果顯示表1

6、所示。表1 程序運(yùn)行結(jié)果分析:輸出跟隨輸入，pd控制中，微分控制可以改善動(dòng)態(tài)特性，調(diào)節(jié)時(shí)間縮短，允許加大比例控制，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高了控制精度.2ex4 被控對(duì)象是一個(gè)三階傳遞函數(shù)523500，采用simulink32s?87.35s?10470s與m文件相結(jié)合的形式，利用ode45方法求解連續(xù)對(duì)象方程，主程序由simulink模塊實(shí)現(xiàn)，控制器由m文件實(shí)現(xiàn)。輸入信號(hào)為一個(gè)采樣周期1ms的正弦信號(hào)。采用pid方法設(shè)計(jì)控制器，其中kp?1.5,ki?2,kd?0.05。誤差初始化由時(shí)鐘功能實(shí)現(xiàn)，從而在m文件中實(shí)現(xiàn)了誤差的積分和微分。 控制主程序：ex4.mdl控制子程序：ex4f.mfuncti

7、on u=ex4f(u1,u2)%u1為clock，u2為圖2-1中sum模塊輸出的誤差信號(hào)e的采樣值persistent errori error_1if u1=0 %當(dāng)clock=0時(shí)，即初始時(shí)，e(k)=e(k-1)=0errori=0error_1=0endts=0.001;kp=1.5;ki=2.0;kd=0.05;error=u2;errord=(error-error_1)/ts;%一階后向差分誤差信號(hào)表示的誤差微分errori=errori+error*ts;%累積矩形求和計(jì)算的誤差的積分u=kp*error+kd*errord+ki*errori;%由pid算式得出的當(dāng)前控制

8、信號(hào)u(k) error_1=error;%誤差信號(hào)更新圖2-1 simulink仿真程序其程序運(yùn)行結(jié)果如表2所示。matlab輸出結(jié)果errori =error_1 =表2 例4程序運(yùn)行結(jié)果三、離散系統(tǒng)的數(shù)字pid控制仿真1ex5 設(shè)被控對(duì)象為g(s)?523500，采樣時(shí)間為1ms，對(duì)其s3?87.35s2?10470s進(jìn)行離散化。針對(duì)離散系統(tǒng)的階躍信號(hào)、正弦信號(hào)和方波信號(hào)的位置響應(yīng)，設(shè)計(jì)離散pid控制器。其中s為信號(hào)選擇變量，s=1時(shí)是階躍跟蹤，s=2時(shí)為方波跟蹤，s=3時(shí)為正弦跟蹤。求出g(s)對(duì)應(yīng)的離散形式g(z)?則可以得到其對(duì)應(yīng)的差分表達(dá)式y(tǒng)out(k)?den(2)y(k?1)

9、?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)是關(guān)于z的多項(xiàng)式，u(z)仿真程序：ex5.m%pid controllerclear all;close all;篇二：自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告六-數(shù)字pid控制實(shí)驗(yàn)六 數(shù)字pid控制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?研究pid控制器的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及過(guò)渡過(guò)程的影響。 2研究采樣周期t對(duì)系統(tǒng)特性的影響。 3研究i型系統(tǒng)及系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差。 二、實(shí)驗(yàn)儀器1el-at-iii型自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái) 2計(jì)算機(jī)一臺(tái) 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如6-1圖。圖6-1 系

10、統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖中 gc（s）=kp（1+ki/s+kds） gh（s）=（1e）/sgp1（s）=5/（0.5s+1）（0.1s+1） gp2（s）=1/（s（0.1s+1）- ts2 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)（被控制對(duì)象）的模擬電路圖如圖6-2和圖6-3，其中圖6-2對(duì)應(yīng)gp1（s）,圖6-3對(duì)應(yīng)gp2（s）。圖6-2 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1 圖6-3開(kāi)環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖23被控對(duì)象gp1（s）為“0型”系統(tǒng)，采用pi控制或pid控制，可使系統(tǒng)變?yōu)椤癷型”系統(tǒng)，被控對(duì)象gp2（s）為“i型”系統(tǒng)，采用pi控制或pid控制可使系統(tǒng)變成“ii型”系統(tǒng)。4當(dāng)r（t）=1（t）時(shí)（實(shí)際是方波），研究其過(guò)渡過(guò)程。5pi調(diào)節(jié)器及pid

11、調(diào)節(jié)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）不難看出pi調(diào)節(jié)器的增益k=kpki，因此在改變ki時(shí)，同時(shí)改變了閉環(huán)增益k，如果不想改變k,則應(yīng)相應(yīng)改變kp。采用pid調(diào)節(jié)器相同。6“ii型”系統(tǒng)要注意穩(wěn)定性。對(duì)于gp2（s）,若采用pi調(diào)節(jié)器控制，其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為g（s）=gc（s）gp2（s） =k（tis+1）/s1/s（0.1s+1） 為使用環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足ti>0.1，即k1<107pid遞推算法 如果pid調(diào)節(jié)器輸入信號(hào)為e（t），其輸送信號(hào)為u（t）,則離散的

12、遞推算法如下：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-采樣周期四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。2. 測(cè)試計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3. 連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖6-2)。電路的輸入u1接a/d、d/a卡的da1輸出，電路的輸出u2接a/d、d/a卡的ad1輸入。檢查無(wú)誤后接通電源。 4. 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)六六、數(shù)字pid控制,

13、鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果5.輸入?yún)?shù)kp, ki, kd（參考值kp=1, ki=0.02, kd=1）。6.參數(shù)設(shè)置完成點(diǎn)擊確認(rèn)后觀察響應(yīng)曲線。若不滿意，改變kp, ki, kd的數(shù)值和與其相對(duì)應(yīng)的性能指標(biāo)?p、ts的數(shù)值。 7.取滿意的kp,ki,kd值，觀查有無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。8.斷開(kāi)電源，連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖6-3)。電路的輸入u1接a/d、d/a卡的da1輸出，電路的輸出u2接a/d、d/a卡的ad1輸入，將純積分電容兩端連在模擬開(kāi)關(guān)上。檢查無(wú)誤后接通電源。 9.重復(fù)4-7步驟。10

14、.計(jì)算kp，ki，kd取不同的數(shù)值時(shí)對(duì)應(yīng)的?p、ts的數(shù)值，測(cè)量系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線及時(shí)域性能指標(biāo)，記入表中： 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1畫(huà)出所做實(shí)驗(yàn)的模擬電路圖。0型 1型3總結(jié)一種有效的選擇kp, ki, kd方法，以最快的速度獲得滿意的參數(shù)。方法：在這三個(gè)參數(shù)中，kp對(duì)系統(tǒng)性能的影響最大，所以要先確定下來(lái)kp的合理值；然后再用試探的方法取到較好的ki和kd的值。kp=1 ki=0.02kd=1圖一 kp=1.5 ki=0.02kd=1:圖二篇三：實(shí)驗(yàn)三 數(shù)字pid控制實(shí)驗(yàn)三 數(shù)字pid控制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?研究pid控制器的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及過(guò)渡過(guò)程的影響。2研究采樣周期t對(duì)系統(tǒng)特性的影響。3研究i型系統(tǒng)

15、及系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差。二、實(shí)驗(yàn)儀器1el-at-iii型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2pc計(jì)算機(jī)一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如3-1圖。圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖中 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開(kāi)環(huán)系統(tǒng)（被控制對(duì)象）的模擬電路圖如圖3-2和圖3-3，其中圖3-2對(duì)應(yīng)gp1（s）,圖3-3對(duì)應(yīng)gp2（s）。圖3-2 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1 圖3-3開(kāi)環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖23被控對(duì)象gp1（s）為“0型”系統(tǒng)，采用pi控制或pid控制，可系統(tǒng)變?yōu)椤癷型”系統(tǒng)，被控對(duì)象gp2（s）為“i型”系統(tǒng)

16、，采用pi控制或pid控制可使系統(tǒng)變成“ii型”系統(tǒng)。4當(dāng)r（t）=1（t）時(shí)（實(shí)際是方波），研究其過(guò)渡過(guò)程。5pi調(diào)節(jié)器及pid調(diào)節(jié)器的增益gc（s）=kp（1+k1/s）=kpk1(（1/k1）=k(tis+1)/s式中 k=kpki , ti=（1/k1）不難看出pi調(diào)節(jié)器的增益k=kpki，因此在改變ki時(shí)，同時(shí)改變了閉環(huán)增益k，如果不想改變k,則應(yīng)相應(yīng)改變kp。采用pid調(diào)節(jié)器相同。6“ii型”系統(tǒng)要注意穩(wěn)定性。對(duì)于gp2（s）,若采用pi調(diào)節(jié)器控制，其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為g（s）=gc（s）gp2（s）=k（tis+1）/s1/s（0.1s+1）為使用環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足ti>0.1

17、，即k1<107pid遞推算法 如果pid調(diào)節(jié)器輸入信號(hào)為e（t），其輸送信號(hào)為u（t）,則離散的遞推算法如下：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-采樣周期四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖3-2)。電路的輸入u1接a/d、d/a卡的da1輸出，電路的輸出u2接a/d、d/a卡的ad1輸入。檢查無(wú)誤后接通電源。2. 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，雙擊桌面“計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)”快捷方式，運(yùn)行軟件。3. 測(cè)試計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查

18、找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4. 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)三數(shù)字pid控制, 鼠標(biāo)單擊鼠標(biāo)單擊彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置窗口。5. 輸入?yún)?shù)kp, ki, kd（參考值kp=1, ki=0.02, kd=1）。6. 參數(shù)設(shè)置完成點(diǎn)擊確認(rèn)后觀察響應(yīng)曲線。若不滿意，改變kp, ki, kd的數(shù)值和 與其相對(duì)應(yīng)的性能指標(biāo)?p、ts的數(shù)值。7. 取滿意的kp,ki,kd值，觀查有無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。8. 斷開(kāi)電源，連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖3-3)。電路的輸入u1接a/d、d/a卡的da1輸出，電路的輸出u2接a/d、d/a卡的ad1輸入，將純積分電容的兩端連在模擬開(kāi)關(guān)上。檢查無(wú)誤后接通電源。

19、9. 重復(fù)4-7步驟。10. 計(jì)算kp，ki，kd取不同的數(shù)值時(shí)對(duì)應(yīng)的?p、ts的數(shù)值，測(cè)量系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線及時(shí)域性能指標(biāo)，記入表中： 按鈕，1. 0.02 1 1 0.01 11. 0.01 2 1 0.02 22. 0.02 4五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1畫(huà)出所做實(shí)驗(yàn)的模擬電路圖。2當(dāng)被控對(duì)象為gp1（s時(shí)）取過(guò)渡過(guò)程為最滿意時(shí)的kp, ki, kd,畫(huà)出校正后的bode圖，查出相穩(wěn)定裕量?和穿越頻率?c。3總結(jié)一種有效的選擇kp, ki, kd方法，以最快的速度獲得滿意的參數(shù)。先通過(guò)改變kp的值，使kp滿足要求，再改變ki，最后是kd，通過(guò)這樣一次改變參數(shù)的方法可以很快的達(dá)到滿意的效果。參數(shù)整定（試

20、湊法）增大比例系數(shù)kp，一般加快系統(tǒng)響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差，但過(guò)大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有較大超調(diào)，并產(chǎn)生震蕩，使穩(wěn)定性變壞；增大積分時(shí)間ti，有利于減小超調(diào)，減小震蕩，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但系統(tǒng)靜差的消除將隨之減慢；增大微分時(shí)間td，亦有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)亮減小，穩(wěn)定性增加，但對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制能力減弱，對(duì)擾動(dòng)有較敏感的響應(yīng)；另外，過(guò)大的微分系數(shù)也將使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性變壞。篇四：基于matlab的模糊pid控制仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告自適應(yīng)模糊pid控制仿真報(bào)告1. 自適應(yīng)模糊控制的規(guī)則49條專家控制規(guī)則：2. 系統(tǒng)仿真框圖包括模糊控制器，pid控制器兩部分組成。3. 模糊控制器設(shè)計(jì)確定為雙輸入，三輸出結(jié)構(gòu)確定每個(gè)變量的論域，其中每個(gè)變量都有一個(gè)模糊子集來(lái)表示。這個(gè)模糊子集中有7個(gè)語(yǔ)言變量，分別是：nb,nm,ns,zo,ps,pm,pb在編輯界面中，確定好每一個(gè)語(yǔ)言變量的范圍，以及隸屬函數(shù)的類(lèi)型。 如下圖所示：輸入模糊控制規(guī)則：仿真結(jié)果pid控制器kp參數(shù)在控制過(guò)程中的變化曲線：ki參數(shù)： 篇五：pid控制電機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告程設(shè)計(jì)pid控制電機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告院 系： 年級(jí)專業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師：電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)化1班2015年1月10日摘要以電機(jī)控制平臺(tái)為對(duì)象，利用51單片機(jī)和變頻器，控制電機(jī)精確的定位和正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，克服了常見(jiàn)的因高速而丟步和堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。電機(jī)實(shí)現(xiàn)