實驗四PID控制系統(tǒng)的SimulinkWord版

1、傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！自動控制理論上機實驗報告學院：機電工程學院 班級：13級電信一班姓名：學號：傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！實驗四 pid控制系統(tǒng)的simulink仿真分析一、實驗目的和任務(wù)1 掌握pid控制規(guī)律及控制器實現(xiàn)。2掌握用simulink建立pid控制器及構(gòu)建系統(tǒng)模型與仿真方法。2、 實驗原理和方法在模擬控制系統(tǒng)中，控制器中最常用的控制規(guī)律是pid控制。pid控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值與實際輸出值構(gòu)成控制偏差。pid控制規(guī)律寫成傳遞函數(shù)的形式為a 式中，為比例系數(shù)；為積分系數(shù)；為微分系數(shù)；為積分時間常數(shù)；為微分時

2、間常數(shù)；簡單來說，pid控制各校正環(huán)節(jié)的作用如下：（1）比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。（2）積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之則越強。（3）微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。3、 實驗使用儀器設(shè)備計算機、matlab軟件4、 實驗內(nèi)容(步驟） 1、在matlab命令窗口中輸入“simulink”進入仿真界面。2、構(gòu)建pid控制器：（1）新建simuli

3、nk模型窗口（選擇傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！“file/new/model”）,在simulink library browser中將需要的模塊拖動到新建的窗口中，根據(jù)pid控制器的傳遞函數(shù)構(gòu)建出如下模型：各模塊如下： math operations模塊庫中的gain模塊，它是增益。拖到模型窗口中后，雙擊模塊，在彈出的對話框中將gain分別改為kp、ki、kd，表示這三個增益系數(shù)。 continuous模塊庫中的integrator模塊，它是積分模塊；derivative模塊，它是微分模塊。 math operations模塊庫中的add模塊，它是加法模塊，默認是兩

4、個輸入相加，雙擊該模塊，將list of signs框中的兩個加號（+）后輸入一個加號（+），這樣就改為了三個加號，用來表示三個信號的疊加。 ports & subsystems模塊庫中的in1模塊（輸入端口模塊）和out1模塊（輸出端口模塊）。（2）將上述結(jié)構(gòu)圖封裝成pid控制器。 創(chuàng)建子系統(tǒng)。選中上述結(jié)構(gòu)圖后再選擇模型窗口菜單“edit/creat subsystem” 封裝。選中上述子系統(tǒng)模塊，再選擇模型窗口菜單“edit/mask subsystem” 根據(jù)需要，在封裝編輯器對話框中進行一些封裝設(shè)置，包括設(shè)置封裝文本、對話框、圖標等。本次試驗主要需進行以下幾項設(shè)置：icon（圖標）項：

5、“drawing commands”編輯框中輸入“disp(pid)”，如下左圖示：parameters(參數(shù))項：創(chuàng)建kp,ki,kd三個參數(shù)，如下右圖示：傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！至此，pid控制器便構(gòu)建完成，它可以像simulink自帶的那些模塊一樣，進行拖拉，或用于創(chuàng)建其它系統(tǒng)。傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！3、搭建一單回路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：所需模塊及設(shè)置：sources模塊庫中step模塊；sinks模塊庫中的scope模塊；commonly used blocks模塊庫中的mux模塊；continuous模塊庫中的zero-

6、pole模塊。step模塊和zero-pole模塊設(shè)置如下：傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！4、構(gòu)建好一個系統(tǒng)模型后，就可以運行，觀察仿真結(jié)果。運行一個仿真的完整過程分成三個步驟：設(shè)置仿真參數(shù)、啟動仿真和仿真結(jié)果分析。選擇菜單“simulation/confiuration parameters”，可設(shè)置仿真時間與算法等參數(shù)，如下圖示：其中默認算法是ode45（四/五階龍格-庫塔法），適用于大多數(shù)連續(xù)或離散系統(tǒng)。傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！5、雙擊pid模塊，在彈出的對話框中可設(shè)置pid控制器的參數(shù)kp,ki,kd：設(shè)置好參數(shù)后，單擊“simul

7、ation/start”運行仿真，雙擊scope示波器觀察輸出結(jié)果，并進行仿真結(jié)果分析。比較以下參數(shù)的結(jié)果：（1） kp=8.5,ki=5.3,kd=3.4（2） kp=6.7,ki=2,kd=2.5傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除?。?） kp=4.2,ki=1.8,kd=1.76、 以kp=8.5,ki=5.3,kd=3.4這組數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，改變其中一個參數(shù)，固定其余兩個，以此來分別討論kp,ki,kd的作用。 kp=8.5 ki=5.3 改變kd=5kp=8.5 改變ki=7.3 kd=3.4傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！改變ki=9.5 kd=

8、5.3 ki=3.47、分析不同調(diào)節(jié)器下該系統(tǒng)的階躍響應曲線（1）p調(diào)節(jié) kp=8（2） pi調(diào)節(jié) kp=5,ki=2傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除?。?） pd調(diào)節(jié) kp=8.5,kd=2.5（4）pid調(diào)節(jié) kp=7.5,ki=5,kd=3五實驗總結(jié)在本次實驗中，不同于以往的自動控制實驗，這次使用的simulink，將實驗要求中的圖形和參數(shù)繪制，在這上面花費的巨大的精力，通過修改參數(shù)，得出不同的實驗結(jié)果。 pid控制各校正環(huán)節(jié)的作用如下：傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！ （1）比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。 （2）積分環(huán)節(jié)：主要