大作業(yè)計算機控制技術實驗報告基于Matlab的PID控制算法仿真深圳大學

1、深圳大學實驗報告課程名稱：計算機控制技術實驗項目名稱：基于Matlab的PID控制算法仿真學院：機電與控制工程學院專業(yè)：自動化指導教師：楊蓉報告人：.學號：. 班級： 3實驗時間:2012.5.26實驗報告提交時間:2012.6.4教務部制.1 實驗目的與要求（一）用Matlab的仿真工具Simulink分別做出數(shù)字PID控制器的兩種算法（位 置式和增量式）進行仿真；（二）被控對象為一階慣性環(huán)節(jié) D（s） = 1 / （5s+1）;（三）采樣周期T = 1 s ;（四）仿真結果：確定PID相關參數(shù)，使得系統(tǒng)的輸出能夠很快的跟隨給定值 的變化，給出例證，輸入輸出波形，程序清單及必要的分析。方法、

2、步驟:(一)位置式：(1)列出算法表達式；(2)列出算法傳遞函數(shù)；(3)建立 Simulink 模型；(4)準備工作：雙擊 step,將sample time設置為1以符合采樣周期 T = 1 s的要求；選定仿 真時間為500；(5)仿真完畢、運行。(二)增量式：(1)列出算法表達式；(2)列出算法傳遞函數(shù)；(3)建立 Simulink 模型；(4)準備工作：分別雙擊 step、Integer Delay ,將sample time設置為1以符合采樣周期 T =1s ;選定仿真時間為 50;(5)仿真完畢、運行。實驗過程及內容:(一)位置式：(1)列出算法表達式：位置式PID控制算法表達式為:

3、MQ = K pe(k) + K 】Zz(j)+ K-網(wǎng)k - D)1=0(2)列出算法傳遞函數(shù):Q(Z) = Kp+K ?+K (I-z-1)(4)準備工作：雙擊step),將sample time設置為1以符合采樣周期T = 1 s的要求；選定仿真時間為 500o第一步是先獲取開環(huán)系統(tǒng)的單位階躍響應，在Simulink中，把反饋連線、微分器、積分器的輸出連線都斷開，并將Kp'的值置為1,調試之后獲取響應值。 再連上反饋線，再分別接上微分器、 積分器，仿真，調試仿真值。(二)增量式：(1)列出算法表達式：增量式PID控制算法表達式為:u(k)-u(k-1) = £尸以丘)網(wǎng)

4、金十犬產(燈十(式簿2e(k 1)+ek -2)列出算法傳遞函數(shù)：2(.U(Z)=) + & + Kd(l -2 +z-2)模型：3)建立simulink (4)準備工作：雙擊step),將sample time設置為1以符合采樣周期T = 1 s的要求；選定仿真時間為 500o第一步是先獲取開環(huán)系統(tǒng)的單位階躍響應，在Simulink中，把反饋連線、微分器、積分器的輸出連線都斷開，并將Kp'的值置為1,調試之后獲取響應值。 再連上反饋線，再分別接上微分器、 積分器，仿真，調試仿真值。數(shù)據(jù)處理分析:（一）位置式：1 .P控制整定仿真運行完畢，雙擊"scope”得到下圖1

5、將Kp的值置為0.5,并連上反饋連線仿真運行完畢，雙擊“scope”得到下圖效果不理想，再將 Kp的值置為0.2,并連上反饋連線P控制時系統(tǒng)的單位階躍響應圖如下:Time。偉st2 .PI控制整定（比例放大系數(shù)仍為Kp=0.2 ）運行經多次輸入Ki的值，發(fā)現(xiàn)Ki=1時，系統(tǒng)的輸出最理想，選定仿真時間，仿真運行, 元畢后.雙擊Scope得到以下結果雙擊 scope可得:Kd的值置為0.5時，系統(tǒng)能最快地趨向穩(wěn)定。3 .PID控制整定經多次輸入調試,從上面三張圖可以看出.PI、PID控制二者的響應速度基本相同，且系統(tǒng)穩(wěn)定的輸出值也相同Kp、Ki、Kd 分別取 0.2、1、0.5。（二）增量式:1.

6、對P控制整定得到下圖scope仿真運行完畢，雙擊將Kp的值置為2.5,并連上反饋連線P控制時系統(tǒng)的單仲階躍響應圖如下：無論如何更改 Kp0.35都是呈現(xiàn)出下坡趨勢Kp=0.25 )系統(tǒng)的輸出最理想2.對PI控制整定(比例放大系數(shù)仍為經多次輸入Ti 仿真運行完畢后雙擊Scope 得到以下結果，如下圖發(fā)現(xiàn)Ki=0.3Time olfset 03.對 PID 控制整定時，如下圖 3 的值置為 Kd 當由圖可得，系統(tǒng)非常不穩(wěn)定。將Kd的值置為0.5 ,雙擊scope可得:繼續(xù)調節(jié)，將 Kd的值置為0.3 ,雙擊scope雖然Kp在等于0.5跟0.3時，圖像相差不大，但很明顯當Kp置為0.3時，系統(tǒng)能夠更快地趨向 平衡，因此取Kp為0.3.從上面三張圖可以看出.P調節(jié)下最不穩(wěn)定，而PID控制下，系統(tǒng)最穩(wěn)定，且調節(jié)時間最短。Kp, Ki , Kd 分別取 2.5、0.3、0.3。實驗結論：通過這次實驗可以得出，不同形式的PID控制說所達到的效果是不同的，這將便于我們根據(jù)系統(tǒng)具體的情況去做出相應的調整，用最少的路徑去達到系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡。對于位置式的P、PI、PID控制，P控制的系統(tǒng)難以到達穩(wěn)定狀態(tài)，所需要的時間很長。而PI控制與PID控制到達穩(wěn)定狀態(tài)的能力基本相同；對于增量式的 P、PI、PID控制，P控制同樣難以達到穩(wěn)定狀態(tài)，一直呈現(xiàn)下降趨勢。PI控制相比于PID控