自動(dòng)控制原理上機(jī)實(shí)踐二PI校正

1、上機(jī)實(shí)踐二 名稱：機(jī)器人及視覺(jué)系統(tǒng)的PI校正一、上機(jī)目的1、熟悉SIMULNK平臺(tái)，運(yùn)用PI參數(shù)整定方法二、上機(jī)基本要求1、運(yùn)用PID校正方法改善過(guò)程控制的快速性和穩(wěn)定。三、上機(jī)理論知識(shí)1、工程控制理論基礎(chǔ)2、MATLAB/CONTROL TOOLBOX（控制工具箱）四、上機(jī)操作步驟1 創(chuàng)建MODEL文件，按照以下順序建立所需的模塊：傳遞函數(shù)模塊（continuous/transfer FCN）根據(jù)裝置傳遞函數(shù)定義相應(yīng)的系數(shù)PID模塊（simulink extras/PID controller）SUM模塊（math operations/sum）定義PID參數(shù)（KP、KI、KD）輸入模塊（s

2、ources/step）輸出模塊（sinks/floating scope）依次連線構(gòu)成閉環(huán)反饋系統(tǒng)2 設(shè)置初始值（KP=1、KI=0、KD=0），先找到這樣比例環(huán)節(jié)系數(shù)KP，使系統(tǒng)剛好處于臨界狀態(tài)，再整定參數(shù)；3 觀察參數(shù)整定后閉環(huán)系統(tǒng)的階越響應(yīng)；4 對(duì)比參數(shù)整定不同輸入（不少于3種輸入）下響應(yīng)（拷貝）。五、上機(jī)報(bào)告要求1、PID校正方法；PID控制器（比例-積分-微分控制器）是一個(gè)在工業(yè)控制應(yīng)用中常見(jiàn)的反饋回路部件，由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成。應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器是通加對(duì)誤差信號(hào)e(t)進(jìn)行比例、積分

3、和微分運(yùn)算，其結(jié)果的加權(quán)，得到控制器的輸出u(t)，該值就是控制對(duì)象的控制值。數(shù)學(xué)描述為： e(t) 調(diào)節(jié)器輸入偏差；Kp 比例系數(shù)；Ti 積分時(shí)間常數(shù)；Td 微分時(shí)間常數(shù)；式中積分的上下限分別是0和t，因此它的傳遞函數(shù)為：G(s)=U(s)/E(s)=kp1+1/(TI*s)+TD*s其中kp為比例系數(shù)；TI為積分時(shí)間常數(shù)；TD為微分時(shí)間常數(shù)。由圖可以看出，Kp越大，曲線越陡，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小。P控制是等比例的將偏差放大，作為控制信號(hào)輸出，只能減小穩(wěn)態(tài)誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。2、上機(jī)練習(xí)的題目及要求；右圖為機(jī)器人和視覺(jué)系統(tǒng)的示意圖，移動(dòng)機(jī)器人利用攝像系統(tǒng)來(lái)觀測(cè)環(huán)境信息。已知機(jī)器人系統(tǒng)為單

4、位反饋系統(tǒng)，被控對(duì)象為機(jī)械臂，其傳遞函數(shù)為了使系統(tǒng)階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差為零，采用串聯(lián)PI控制器即K1為比例系數(shù)Kp，K2為積分系數(shù)。試設(shè)計(jì)合適的K1與K2值，使系統(tǒng)階躍響應(yīng)的超調(diào)量不大于5%，調(diào)節(jié)時(shí)間小于6s()，靜態(tài)速度誤差系數(shù)KV0.9。解：本題可用試探法確定PI控制器參數(shù)，調(diào)整K1與K2時(shí)，需要綜合考慮系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能要求。 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)式中，。 對(duì)于PI控制器，一種可能的選擇方案為 z1.1，K10.8182，K2Klz0.9則閉環(huán)傳遞函數(shù)為 應(yīng)用MATLAB軟件包，可繪出系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線，如下圖所示。仿真結(jié)果表明，校正后系統(tǒng)的性能為 滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。3、完成步驟及數(shù)據(jù)

5、結(jié)果；（1）simulink仿真超調(diào)量=5%；t=4.93s<6s ()；KV0.9，滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求?。?）MATLAB超調(diào)量=5%；t=4.93s<6s ()；KV0.9，滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求！臨界值：K1=1；K2=5,。8時(shí)取到。simulinkmatlabK1=0.8182, K2=0.9臨界狀態(tài)：K1=1，K2=5.8對(duì)K1、K2取不同值，并對(duì)圖像進(jìn)行分析：K1=1;K2=1時(shí) 超調(diào)量=4%；t=4.83s<6s ()；KV0.9，滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求！4、對(duì)比校正前后的特性曲線，并解釋校正設(shè)計(jì)的效果下面用控制變量法對(duì)于K1、K2對(duì)圖像影響進(jìn)行分析，從而得出PID調(diào)試方法：1） 取k2=1不變，調(diào)試取k1=0.8、1、6時(shí)的系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線，結(jié)果如下圖：K1=0.8;K2=1; K1=1;K2=1;K1=6;K2=1觀察系統(tǒng)波形，可以得出:K1越大，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，但K1過(guò)大會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定。2） 取k1=1不變，調(diào)試取k2=1、3、5時(shí)的系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線，結(jié)果如下圖：K1=1;K2=1時(shí) K1=1;K2=3時(shí)K1=1;K2=5;觀察系統(tǒng)波形，可以得出:K2越大，微分作用越強(qiáng)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)越好；但K2過(guò)大，會(huì)增加過(guò)渡過(guò)程的波動(dòng)程度?？偨Y(jié)：1）K1越大，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，但K1過(guò)大會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定。2）K2越