PID控制試驗(yàn)報(bào)告

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 ，

2、u 為控制 ,kd?kptd ， e 為誤差信號(hào)(即 pid 控制器的輸入) 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。1 ex3 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。 d2y

3、dyy(s)1? ，則?u，另 y1?y,y2?y?2 因?yàn)?g(s)? ，所以 j2?bdtu(s)js?bsdt?yy?12 ，因此連續(xù)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

4、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*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/a tspan=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

5、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; % u(k)=20.0*e(k)+0.50*de(k);% % 控制信號(hào)限幅 if u(k)>10.0 u(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);end figure(1); plot(time,rin,r,time,yout,b);%

6、計(jì)算 u(k) 中微分項(xiàng)輸出 計(jì)算當(dāng)前 u(k) 的輸出輸入輸出信號(hào)圖xlabel(time(s),ylabel(rin,yout);figure(2);plot(time,rin-yout,r);xlabel(time(s),ylabel(error);%程序運(yùn)行結(jié)果顯示表 1 所示。誤差表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 .2 ex4 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

7、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?？刂浦鞒绦颍篹x4.mdl控制子程序： ex4f.mfunction 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)=0erro

8、ri=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 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

9、程序運(yùn)行結(jié)果三、離散系統(tǒng)的數(shù)字 pid 控制仿真1 ex5 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 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

10、(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1 el-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 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖中g(shù)c( s) =kp( 1+ki/s+kds )gh(

11、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?i 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)

12、，研究其過(guò)渡過(guò)程。5 pi 調(diào)節(jié)器及 pid 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 ）/s 1/s （ 0.1s+1 ） 為使用環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿

13、足 ti>0.1 ，即 k1<107 pid 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. 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

14、 （ 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 , 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

15、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. 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)

16、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)及系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差。二、實(shí)驗(yàn)儀器1 el-at-iii型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2 pc 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

17、 ）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?i 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

18、 ）=1（t ）時(shí)（實(shí)際是方波） ，研究其過(guò)渡過(guò)程。5 pi 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 ） /s 1/s （ 0.1s+1 ）為使用

19、環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足 ti>0.1 ，即 k1<107 pid 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)

20、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

21、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。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 11 0.01 11 0.01 2 1 0.02 22 0.02 4五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1 畫出所做實(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, 畫出校正后的 bode

22、 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)

23、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