PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定分析

1、計算機控制技術(shù)實驗指導(dǎo)書（軟件部分）編寫：唐紅雨黃海峰鎮(zhèn)江高等?？茖W(xué)校電子信息系2007年 3 月目錄實驗一PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定分析2實驗二采樣控制系統(tǒng)分析4實驗三程序判斷濾波5實驗四中值濾波6實驗五平均值濾波8實驗一PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定分析一、實驗?zāi)康脑O(shè)計 MATLAB 的 M 文件，用來實現(xiàn) PID 調(diào)節(jié)器的功能，分析 Kp 、Kd 、Ki 三個參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。二、實驗步驟開機執(zhí)行程序，用鼠標雙擊圖標進入 MATLAB 命令窗口： Command Windows 新建 M-file ，然后，輸入設(shè)計好的程序。調(diào)試，檢查錯誤，然后運行。觀察系統(tǒng)對不同參數(shù)的相應(yīng)曲線，分析其原因。三、實

2、驗要求1、實驗之前，查閱有關(guān)資料，編寫好相應(yīng)的程序。2、認真做好仿真記錄四、實驗報告要求敘述 Kp 、Kd、Ki 三個參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。附程序：1 % 比例控制G=tf(10，1 6 11 6)；P=0.1： 0.1： 1；%傳遞函數(shù)， Kp 變化范圍for i=1 ：length(P)G_c=feedback(P(i)*G，1)；%系統(tǒng)反饋step(G_c)，hold on%單位階躍輸入end2 % 比例積分控制G=tf(10，1 6 11 6)Kp=1； Ti=0.8 ：0.2：1.6；%系統(tǒng)傳遞函數(shù)%Kp 一定，不同Ti的輸入for i=1 ：length(Ti)Gc=tf(Kp*1

3、，1/Ti(i)，1，0)；%分別計算不同Ti的系統(tǒng)參數(shù)G_c=feedback(G*Gc， 1)；step(G_c)，hold on%階躍響應(yīng)曲線3 % 比例、積分、微分控制G=tf(10，1 6 11 6)Kp=1； Ti=0 6； Td=0.1：0.2：2；%系統(tǒng)傳遞函數(shù)%Kp 、Ti 一定，不同Td的輸入for i=1 ：length(Td)Gc=tf(Kp*Ti*Td(i)，Ti， 1/Ti ，1， 0)；G_c=feedback(G*Gc， 1)；step(G_c)， hold on%分別計算不同 Td 的系統(tǒng)參數(shù)%階躍響應(yīng)曲線end4 %P 、PI 、 PID 三種控制策略G=t

4、f(10，1 10 35 50 24)；%系統(tǒng)傳遞函數(shù)Kc ， pp，wg，wp=margin(G) ；Tc=2*pi/wg ；%計算系統(tǒng)開環(huán)增益和剪切頻率Gc1，Kp1=ziegler(1 ，Kc ，Tc， 10)；Gc1%調(diào)用自定義 ziegler 函數(shù)， P 控制Gc2，Kp2 ，Ti2=ziegler(2 ，Kc ，Tc， 10)；Gc2%PI 控制Gc3，Kp3 ，Ti3，Td3=ziegler(3，Kc ， Tc，10)； Gc3%PID 控制G_c1=feedback(G*Gc1，1)； step(G_c1)；hold on% P 控制，階躍響應(yīng)曲線G_c2=feedback(G

5、*Gc2，1)； step(G_c2)；%PI 控制，階躍響應(yīng)曲線G_c3=feedback(G*Gc3，1)； step(G_c3)；其中 ziegler( ) 函數(shù)如下 ：function Gc,Kp,Ti,Td,H=ziegler(key,vars)Ti= ; Td= ; H= ;if length(vars)=4,K=vars(1); L=vars(2);T=vars(3); N=vars(4); a=K*L/T;if key=1,Kp=1/a;%P控制器elseif key=2, Kp=0.9/a; Ti=3.33*L;%PI控制器elseif key=3%PID 控制器Kp=1.2

6、/a; Ti=2*L; Td=L/2;endelseif length(vars)=3,K=vars(1); Tc=vars(2); N=vars(3);if key=1, Kp=0.5*K;elseif key=2, Kp=0.4*K; Ti=0.8*Tc;elseif key=3Kp=0.6*K; Ti=0.5*Tc; Td=0.12*Tc;endelseif length(vars)=5,K=vars(1); Tc=vars(2);rb=vars(3); pb=pi*vars(4)/180;N=vars(5); Kp=K*rb*cos(pb);if key=2,Ti=-Tc/(2*pi*

7、tan(pb);elseif key=3Ti=Tc*(1+sin(pb)/(pi*cos(pb);Td=Ti/4;endendswitch keycase 1, Gc=Kp;case 2, Gc=tf(Kp*Ti,1,Ti,0);case 3nn=Kp*Ti*Td*(N+1)/N, Kp*(Ti+Td/N), Kp;dd=Ti*Td/N,1,0; Gc=tf(nn,dd);end實驗二采樣控制系統(tǒng)分析一、實驗?zāi)康目疾爝B續(xù)時間系統(tǒng)的采樣控制中， 零階保持器的作用與采樣時間間隔對 Ts 對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響二、實驗步驟開機執(zhí)行程序，用鼠標雙擊圖標，進入MATLAB 命令窗口： Command Win

8、dows在 Command Windows 窗口中輸入： simulink ，進入仿真界面，并新建 Model 文件在 Model 界面中構(gòu)造連續(xù)時間系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。作時域仿真并確定系統(tǒng)時域性能指標。帶零階保持器的采樣控制系統(tǒng)如下圖所示。作時域仿真，調(diào)整采樣間隔時間 Ts，觀察對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。三、實驗要求（1）按照結(jié)構(gòu)圖程序設(shè)計好模型圖，完成時域仿真的結(jié)構(gòu)圖（2）認真做好時域仿真記錄四、實驗報告要求（ 1）敘述零階保持器的作用（ 2）討論采樣時間間隔 Ts 對系統(tǒng)的影響。附： step 模塊在 sources庫中sum 模塊在 math operations庫中scope模塊在 sinks

9、庫中transfer fcn 模塊在 continuous 庫中zero-order hold 模塊在 discrete 庫中實驗三程序判斷濾波一、實驗?zāi)康?、掌握數(shù)字濾波中程序判斷濾波的設(shè)計思路和單片機程序?qū)崿F(xiàn)方法；2、學(xué)會使用 51 匯編集成開發(fā)環(huán)境調(diào)試程序判斷濾波；3、學(xué)會使用保護現(xiàn)場、恢復(fù)現(xiàn)場的方法。二、實驗內(nèi)容采樣的信號如果因傳感器不穩(wěn)定而引起嚴重失真時，可以采用程序判斷濾波。方法是：根據(jù)經(jīng)驗確定兩次采樣允許的最大偏差 y，若兩次采樣信號的差值大于y，表明輸入的是干擾信號， 應(yīng)該去掉， 用上次采樣值作為本次采樣值。若小于或等于y，則表明沒有受到干擾，本次采樣值有效。例如，當前采樣值存

10、30H，上次采樣值存 31H，結(jié)果存 32H。 y 根據(jù)經(jīng)驗確定，本例設(shè)為 03H，程序框圖如圖1 所示。程序清單：ORG0050HPUSHACC；保護現(xiàn)場PUSHPSWMOV30H，#33HMOV31H，#31HMOVA，30H；Y nACLRCSUBBA，31H；求 Y nY n-1保護現(xiàn)場JNCLP0；Y Yn-10 嗎？nCPLA求 Y n Y n-1ADDA ， #01HLP0：CLRCY n Y n-1 0？YCJNEA ，#01H， LP2；Y nY n-1 y?NLP1：MOV32H ，30H；等于 y，本次采樣值有效求絕對值A(chǔ)JMPLP3LP2：JCLP1；小于 y，轉(zhuǎn)本采樣

11、值有效MOV32H， 31H；大于 y, Yn-132HNLP3：POPPSW；恢復(fù)現(xiàn)場|Y n Y n-1 | y ？YPOPACCY n=Y n-1只有當本次采樣值小于上次采樣值才進行求補， 保證本次采樣值有效?；謴?fù)現(xiàn)場在調(diào)試過程中，分別對30H、31H 置入數(shù)值，讓兩者差值分別大于、等于、小于y，注意觀察 32H 中數(shù)值的返回變化，以及程序的跳轉(zhuǎn)情況。實驗四中值濾波一、實驗?zāi)康?、掌握數(shù)字濾波中中值濾波的設(shè)計思路和單片機程序?qū)崿F(xiàn)方法；2、學(xué)會使用 51 匯編集成開發(fā)環(huán)境調(diào)試中值濾波；3、學(xué)會使用保護現(xiàn)場、恢復(fù)現(xiàn)場的方法。二、實驗內(nèi)容中值濾波就是連續(xù)輸入3 個檢測信號，從中選擇一個中間值作

12、為有效信號。本例第一次采集的數(shù)據(jù)存R1，第二次采集的數(shù)據(jù)存R2，第三次采集的數(shù)據(jù)存R3，中間值存 R0。程序清單如下：ORG0050HMOVR1,#11HMOVR2,#12HMOVR3,#13HPUSHPSW；保護 PSW、APUSHAMOVA，R1；第 1 次采集的數(shù)據(jù)送 ACLRCSUBBA，R2；JNCLOB01；第 1 次采集數(shù)大于第 2 次采集數(shù)？MOVA，R1XCHA，R2；第 1、 2 次采集數(shù)互換MOVR1， ALOB01： MOVA，R3CLRCSUBBA，R1JNCLOB03；第 3 次采集數(shù)大于第1 次采集數(shù)？MOVA，R3CLRCSUBBA，R2JNCLOB04；第 3

13、 次采集數(shù)大于第2 次采集數(shù)則轉(zhuǎn)MOV32H，ALOB02： POPA；恢復(fù)現(xiàn)場POPPSWRETLOB03： MOVA，R1MOV32H，AAJMPLOB02LOB04： MOVA，R3MOV32H， AAJMPLOB02END調(diào)試過程中，首先分別對 R1、R2、R3 三個寄存器賦值，例如（ R1）=24H，（R2）=30H，（R3）=2CH，程序運行結(jié)束后，（R0）=重新對 R1、 R2、R3 三個寄存器賦值，觀察R0 中數(shù)值的變化。（ R0） =注：帶下劃線的數(shù)據(jù)可以自行改變。實驗五平均值濾波一、實驗?zāi)康?、掌握數(shù)字濾波中均值濾波的設(shè)計思路和單片機程序?qū)崿F(xiàn)方法；2、學(xué)會使用 51 匯編集

14、成開發(fā)環(huán)境調(diào)試中值濾波；3、學(xué)會使用保護現(xiàn)場、恢復(fù)現(xiàn)場的方法。二、實驗內(nèi)容均值濾波就是連續(xù)監(jiān)測8 個數(shù)據(jù)，分別放在 30H-37H 中，首先求出 8 個數(shù)的和，放在 R6 中，在求出平均值時，采用的方法是移位法，即對和向右移動3 次，得到均值。此種方法適用于采樣個數(shù)為2 的冪次方，最后求出的均值放在38H 單元。程序清單如下：ORG0050HMOVA, #88HMOV30H,#12HMOV31H,#22HMOV32H,#42HMOV33H,#52HMOV34H,#11HMOV35H,#21HMOV36H,#32HMOV37H,#04HPUSHPSW；現(xiàn)場保護PUSHAMOV7FH,#00H ；進位位清零， 7FH 單元存放進位MOVR0,#30H；設(shè)置數(shù)據(jù)存儲區(qū)首址MOVR7,#08H；設(shè)置采樣數(shù)據(jù)個數(shù)CLR A；清累加器LOOP:ADDA,R0；兩數(shù)相加JNCNEXT；無進位，轉(zhuǎn) NEXTINC7FH；有進位，進位位加 1NEXT:INCR0；數(shù)據(jù)指針加 1DJNZR7,LOOP；未加完，繼續(xù)加MOVR7,#03H；設(shè)置循環(huán)次數(shù)DIVIDE: M OVR6, A；保存累加器中的內(nèi)容，R6 暫