PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定分析

1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)一 PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定分析 2實(shí)驗(yàn)二采樣控制系統(tǒng)分析 4實(shí)驗(yàn)三程序判斷濾波 5實(shí)驗(yàn)四中值濾波 6實(shí)驗(yàn)五平均值濾波 8實(shí)驗(yàn)PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì) MATLAB 的 M 文件，用來實(shí)現(xiàn) PID 調(diào)節(jié)器的功能，分析 Kp 、Kd 、Ki 三個(gè)參數(shù)對 系統(tǒng)性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)步驟 開機(jī)執(zhí)行程序，用鼠標(biāo)雙擊圖標(biāo)進(jìn)入 MATLAB 命令窗口： Command Windows 新建 M-file ，然后，輸入設(shè)計(jì)好的程序。調(diào)試，檢查錯(cuò)誤，然后運(yùn)行。 觀察系統(tǒng)對不同參數(shù)的相應(yīng)曲線

2、，分析其原因。三、實(shí)驗(yàn)要求1、實(shí)驗(yàn)之前，查閱有關(guān)資料，編寫好相應(yīng)的程序。2、認(rèn)真做好仿真記錄四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 敘述 Kp 、Kd、Ki 三個(gè)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： for i=1 ：length(P) G_c=feedback(P(i)*G，1)； step(G_c)， hold on end 2 % 比例積分控制 G=tf(10 ，1 6 11 6) Kp=1；Ti=0.8：0.2：1.6； for i=1 ：length(Ti)Gc=tf(Kp*1 ，1/Ti(i) ，1 ，0)；1；%傳遞函數(shù)， Kp 變化

3、范圍%系統(tǒng)反饋%單位階躍輸入%系統(tǒng)傳遞函數(shù) %Kp 一定，不同 Ti 的輸入%分別計(jì)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)%系統(tǒng)傳遞函數(shù)Kp=1；Ti=06；Td=0.1：0.2：2；%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)；%分別計(jì)算不同 Td 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 e

4、nd 4 %P 、PI、PID 三種控制策略G=tf(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(jì)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)；

5、 hold on% P 控制,階躍響應(yīng)曲線G_c2=feedback(G*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; T

6、i=3.33*L; %PI 控制器 elseif key=3 %PID 控制器Kp=1.2/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;

7、N=vars(5); Kp=K*rb*cos(pb);if key=2, Ti=-Tc/(2*pi*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(shí)驗(yàn)二采樣控制系統(tǒng)分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康目疾爝B續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的采樣控制中，零階保持器的作用和采樣時(shí)間間隔對 Ts對系統(tǒng)穩(wěn) 定性

8、的影響二、實(shí)驗(yàn)步驟開機(jī)執(zhí)行程序，用鼠標(biāo)雙擊圖標(biāo)，進(jìn)入 MATLAB命令窗口： Comma nd Win dows 在Comma nd Win dows窗口中輸入：simuli nk，進(jìn)入仿真界面，并新建 Model文件 在Model界面中構(gòu)造連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。作時(shí)域仿真并確定系統(tǒng)時(shí)域性能指標(biāo)。帶零階保持器的采樣控制系統(tǒng)如下圖所示。作時(shí)域仿真，調(diào)整采樣間隔時(shí)間Ts，觀察對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。Scope三、實(shí)驗(yàn)要求（1）按照結(jié)構(gòu)圖程序設(shè)計(jì)好模型圖，完成時(shí)域仿真的結(jié)構(gòu)圖（2）認(rèn)真做好時(shí)域仿真記錄四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（1）敘述零階保持器的作用（2）討論采樣時(shí)間間隔Ts對系統(tǒng)的影響。附: step模塊在

9、sources庫中 sum模塊在 math operations庫中 scope模塊在sinks庫中 transfer fen模塊在 continuous庫中 zero-order hold 模塊在 discrete 庫中ORGPUSHPUSHMOV0050HACCPSW30H， #33H;保護(hù)現(xiàn)場MOV31H，#31HMOVA，30H；YnACLRCSUBBA，31H；求 Yn Yn-1JNCLP0；Yn Yn-1> 0 嗎？CPLAADDA，#01HLP0: CLRCCJNEA，#01H，LP2； Yn Yn-1>A y?LP1: MOV32H，30H;等于y，本次米樣值有效A

10、JMPLP3LP2: JCLP1;小于y，轉(zhuǎn)本米樣值有效MOV32H， 31H;大于 y, Yn-132HLP3: POPPSW;恢復(fù)現(xiàn)場POPACC本例設(shè)為03H，程序框圖如圖1所示程序清單:實(shí)驗(yàn)三 程序判斷濾波一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握數(shù)字濾波中程序判斷濾波的設(shè)計(jì)思路和單片機(jī)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(hù)現(xiàn)場、恢復(fù)現(xiàn)場的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采樣的信號如果因傳感器不穩(wěn)定而引起嚴(yán)重失真時(shí)，可以采用程序判斷濾波。方法 是：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定兩次采樣允許的最大偏差厶 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

11、小于或等于厶 y，則表 明沒有受到干擾，本次采樣值有效。例如，當(dāng)前采樣值存30H，上次采樣值存31H，結(jié)果存32HO y根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定,只有當(dāng)本次采樣值小于上次采樣值才進(jìn)行求補(bǔ)，保證 本次采樣值有效。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 變化，以及程序的跳轉(zhuǎn)情況。實(shí)驗(yàn)四中值濾波一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握數(shù)字濾波中中值濾波的設(shè)計(jì)思路和單片機(jī)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(hù)現(xiàn)場、恢復(fù)現(xiàn)場的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一次采集的數(shù)據(jù)存中值濾波就是連續(xù)輸入3個(gè)檢測信號，從中選擇一個(gè)中間值作為有效信號。本例第R

12、i,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Ro程序清單如下:MOVR1,#11HMOVR2,#12HMOVR3,#13HPUSHPSWPUSHAMOVA，R1CLRCSUBBA，R2；JNCLOB01MOVA，R1XCHA，R2MOVR1，AMOVA，R3CLRCSUBBA，R1JNCLOB03MOVA，R3CLRCSUBBA，R2JNCLOB04MOV32H，APOPAPOPPSWRETMOVA，R1MOV32H，AAJMPLOB02MOVA，R3MOV32H，AAJMPLOB02ENDORG 0050HLOB01 :LOB02:LOB03:LOB04:調(diào)試過程中，首先分別

13、對;保護(hù)PSW、A;第1次采集的數(shù)據(jù)送A;第1次采集數(shù)大于第2次采集數(shù)?;第1、2次采集數(shù)互換；第3次采集數(shù)大于第1次采集數(shù)？;第3次采集數(shù)大于第2次采集數(shù)則轉(zhuǎn);恢復(fù)現(xiàn)場R1、R2、R3三個(gè)寄存器賦值，例如（R1）=24H,（ R2）=30H, (R3) =2CH，程序運(yùn)行結(jié)束后，(RO)=R0 中數(shù)值的變化。重新對R1、R2、R3三個(gè)寄存器賦值，觀察( R0) = 注：帶下劃線的數(shù)據(jù)可以自行改變。實(shí)驗(yàn)五平均值濾波一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握數(shù)字濾波中均值濾波的設(shè)計(jì)思路和單片機(jī)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(hù)現(xiàn)場、恢復(fù)現(xiàn)場的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容均值濾波就是連續(xù)

14、監(jiān)測8個(gè)數(shù)據(jù)，分別放在30H-37H中，首先求出8個(gè)數(shù)的和，放 在R6中，在求出平均值時(shí)，采用的方法是移位法，即對和向右移動(dòng)3次，得到均值。此種方法適用于采樣個(gè)數(shù)為2的幕次方，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(hù)PUSHAMOV7FH,#00H;進(jìn)位位清零，7FH單元存放進(jìn)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(gè)數(shù)CLR A;清累加器LOOP: ADD A,R0;兩數(shù)相加;無進(jìn)位，轉(zhuǎn)NEXT;有進(jìn)位，進(jìn)位位加1JNCINCNEXT7FHNEXT: INC；R0;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: MOV R6, A;保存累加器中的內(nèi)容，R6暫存數(shù)據(jù)M