數字PID控制算法及Matlab仿真

1、數字PID 控制算法及Matlab 仿真一.實驗目的:1.學習數字PID 算法的基本原理。2.學習數字PID 調節(jié)器參數調節(jié)方法。二.實驗屬性及設備:驗證性實驗,使用電腦及相關專業(yè)軟件。三.實驗原理:1.概述首先建立數字PID 直流電機控制模型,然后用Matlab 的LTI 狀態(tài)分析工具箱進行仿真,并繪制轉速及控制電壓變化圖形。 圖:kk k y r e -=2.位置式數字PID 算法公式010j (u e e K e K e K u k k D kk I k P k +-+=-=3.增量式數字PID 算法公式2(211-+-+-=k k k D k I k k P k e e e K e K

2、 e e K u kk k u u u +=-14.Matlab LTI 工具箱函數(作為了解內容例:一臺150kW 直流電動機,額定電壓220V ,額定轉速1000r/min ,額定電流700A ,R a =0.05,L d =2mH ,假設負載及電動機轉動總慣量GD 2=125kg ·m 2,則:min/185.0100005.0*700220r V n R I U C N a N N e =-=-=A.01023=-s C C R GD T T e a m 051.0767.1傳遞函數為490利用Matlab 建立傳遞函數方法為:sys=tf(270.5,1,40,50當采樣間

3、隔為ts=0.01s 時,則其z 變換(離散傳遞函數為:dsys=c2d(sys,ts,'z'Matlab 輸出為(Transfer function:0.1217z +0.112-z2-1.736z +0.7788Sampling time:0.01獲得分子和分母的函數為:num,den=tfdata(dsys,'v'如果電機輸入電壓狀態(tài)為u k ,輸出轉速狀態(tài)為y k 。則21213(2(3(2(-+-=k k k k k u num u num y den y den y 5.Matlab 繪圖:plot(時間數組,y 數組,'顏色及標記'

4、表:plot 函數標示符色彩說明標記說明r紅色.為點。默認為連續(xù)線g綠色b藍色k 黑色四.實驗內容:1.位置數字PID 算法程序clear all;close all;ts=0.01;%采樣時間=0.001ssys=tf(2652,1,25,490;%建立被控對象傳遞函數dsys=c2d(sys,ts,'z'%把傳遞函數離散化num,den=tfdata(dsys,'v'%離散化后提取分子、分母e_1=0%上一偏差Ee=0;%偏差累計u_1=0.0;%上一狀態(tài)電壓u_2=0.0;y_1=0;%上一狀態(tài)輸出y_2=0;kp=;%PID 參數ki=;%;kd=;%;

5、for k=1:100time(k=k*ts;%時間參數r(k=500;%給定值y(k=-1*den(2*y_1-den(3*y_2+num(2*u_1+num(3*u_2;e(k=r(k-y(k;%偏差u(k=kp*e(k+ki*Ee+kd*(e(k-e_1;if u(k>220u(k=220;endif u(k<=0u(k=0;endEe=Ee+e(k;u_2=u_1;u_1=u(k;y_2=y_1;y_1=y(k;e_2=e_1;e_1=e(k;endhold on;plot(time,r,'r',time,y,'b',time,u,'r'%kp,ki,kd2.增量數字PID算法程序依據上述方法自己編寫增量式PID算法程序。3.程序調試好后,分別改變KP、KI和KD參數值,看輸出圖形有何變化,理解PID控制中比例、積分和微分對控制系統(tǒng)的作用。 圖:4.程序中可加入如下語句if k<50r(k=40