實(shí)驗(yàn)二-數(shù)字PID調(diào)節(jié)器算法的研究

東華理工大學(xué)核地學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)老師：實(shí)驗(yàn)日期：實(shí)驗(yàn)成績：實(shí)驗(yàn)名稱：實(shí)驗(yàn)二數(shù)字PID調(diào)節(jié)器算法的研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．學(xué)習(xí)并熟悉常規(guī)的數(shù)字PID控制算法的原理；2．學(xué)習(xí)并熟悉積分別離PID控制算法的原理；3．掌握具有數(shù)字PID調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1．THKKL-6型控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱；2．PC機(jī)1臺(tái)(含軟件“THKKL-6〞、“KeiluVision3〞及“Easy51Pro〞)；3．51單片機(jī)下載線4．USB數(shù)據(jù)線；三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．利用本實(shí)驗(yàn)箱，設(shè)計(jì)并構(gòu)成一個(gè)用于混合仿真實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)閉環(huán)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)；2．采用常規(guī)的PI和PID調(diào)節(jié)器，構(gòu)成計(jì)算機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)，并對(duì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)進(jìn)行整定，使之具有滿意的動(dòng)態(tài)性能；3．對(duì)系統(tǒng)采用積分別離PID控制，并整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。4.編寫積分別離PID控制算法的程序四、實(shí)驗(yàn)原理在工業(yè)過程控制中，應(yīng)用最廣泛的控制器是PID控制器，它是按偏差的比例〔P〕、積分〔I〕、微分〔D〕組合而成的控制規(guī)律。而數(shù)字PID控制器那么是由模擬PID控制規(guī)律直接變換所得。在PID控制規(guī)律中，引入積分的目的是為了消除靜差，提高控制精度，但系統(tǒng)中引入了積分，往往使之產(chǎn)生過大的超調(diào)量，這對(duì)某些生產(chǎn)過程是不允許的。因此在工業(yè)生產(chǎn)中常用改良的PID算法，如積分別離PID算法，其思想是當(dāng)被控量與設(shè)定值偏差較大時(shí)取消積分控制；當(dāng)控制量接近給定值時(shí)才將積分作用投入，以消除靜差，提高控制精度。這樣，既保持了積分的作用，又減小了超調(diào)量。五、實(shí)驗(yàn)步驟1．實(shí)驗(yàn)接線1.1按指導(dǎo)書圖4-1和圖4-2連接一個(gè)二階被控對(duì)象閉環(huán)控制系統(tǒng)的電路；1.2用導(dǎo)線將該電路的輸入端連接到單片機(jī)控制單元的“AO1〞輸出端，電路的輸出端與單片機(jī)控制單元的“AI1〞和示波器單元的“通道1〞輸入端相連；1.3待檢查電路接線無誤后，翻開電源總開關(guān)，并按下鎖零按鈕使其處于“鎖零〞狀態(tài)；2．程序運(yùn)行2.1翻開電源開關(guān)，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行所有實(shí)驗(yàn)軟件；2.2翻開“實(shí)驗(yàn)04\位置式PID〞的工程文件，閱讀并理解程序。然后編譯、下載程序；2.3彈起鎖零按鈕使其處于“解鎖〞狀態(tài)，用虛擬示波器觀察輸出端的響應(yīng)曲線。結(jié)束本次實(shí)驗(yàn)后按下鎖零按鈕使其處于“鎖零〞狀態(tài)；2.4參考步驟2.2、2.3，用同樣的方法分別運(yùn)行增量式PID和積分別離PID實(shí)驗(yàn)程序，用虛擬示波器觀察輸出端的響應(yīng)曲線；2.5實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，退出實(shí)驗(yàn)軟件，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)箱電源。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1．繪出實(shí)驗(yàn)中二階被控對(duì)象在各種不同的PID控制下的響應(yīng)曲線。2．編寫積分別離PID控制算法的程序。七、數(shù)據(jù)處理及編程1．繪出實(shí)驗(yàn)中二階被控對(duì)象在各種不同的PID控制下的響應(yīng)曲線?！?〕：位置型PID響應(yīng)曲線：超調(diào)量：5.567 峰值時(shí)間：0.29ms 到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間：4.462ms 穩(wěn)態(tài)值：2.0〔2〕：增量型PID響應(yīng)曲線：超調(diào)量：7.293 峰值時(shí)間：0.235ms 到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間：5.563ms 穩(wěn)態(tài)值：2.0積分別離型PID響應(yīng)曲線：超調(diào)量：6.514 峰值時(shí)間：0.277ms 到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間：6.435ms 穩(wěn)態(tài)值：2.02．編寫積分別離PID控制算法的編制程序及調(diào)試。#include<reg52.h>#include<math.h>#include<Ad7366.h>#include<LTC1446_DA.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineulongunsignedlongdoublepv,sv,ei,K,Ti,Td,q0,q1,q2,mx,pvx,op,ke,tem;uintTs;uchart;voiddelay1s(void){uchari,j,k;for(k=100;k>0;k--)for(i=20;i>0;i--)for(j=248;j>0;j--);}voidmain(void)//主程序{ LTC1446(0,0);mx=0;pvx=0;///////////設(shè)置參數(shù)/////////////Ts=100; //采樣周期100mssv=2;//給定值K=0.8;//比例系數(shù)PTi=2;//積分時(shí)間常數(shù)Td=0;//微分時(shí)間常數(shù)////////////////////////////////for(t=0;t<5;t++) //延時(shí)5s{delay1s();}RCAP2H=0x4C; //100ms計(jì)時(shí)RCAP2L=0x00;TR2=1;ET2=1;EA=1;while(1);}timer2()interrupt5{staticuchart; TF2=0;t++; if(t==2) { t=0; pv=ADC7366(); //AI1通道采集ei=sv-pv; tem=abs(ei); if(tem>=0.8) { ke=0; } else { ke=1; } q0=K*ei; if(Ti==0) { mx=0; q1=0; } else { mx=ke*K*(0.001*Ts)*ei/Ti; } q2=K*Td*(pvx-pv)/(0.001*Ts); if(mx>4.9) { mx=4.9; } if(mx<-4.9) { mx=-4.9; } q1=q1+mx; pvx=pv; op=q0+q1+q2; if(op>4.9) { op=4.9; } if(op<-4.9) { op=-4.9; }LTC1446(op*1000,0);//控制量輸出 }}八、思考題1.該實(shí)驗(yàn)中被控對(duì)象是什么？有什么特點(diǎn)？答：被控對(duì)象是一個(gè)積分放大電路的輸出；其特點(diǎn)是剛上電的瞬間由于電容的充電作用，其輸出電壓值會(huì)有一個(gè)瞬時(shí)升高的過程，然后隨著電容的充電，輸出電壓會(huì)逐漸穩(wěn)定。2.試表達(dá)帶積分別離的PID控制算法的特點(diǎn)和應(yīng)用的場(chǎng)合。答：帶積分別離的PID算法的特點(diǎn)是：偏差e(k)較大時(shí)，取消積分作用；當(dāng)偏差e(k)較小時(shí)才將積分作用投入；其應(yīng)用場(chǎng)合：當(dāng)有較大的擾動(dòng)或大幅度改變給定值采用積分別離措施。3.位置式PID算式與增量式算式有何區(qū)別？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：位置式算式提供了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置u(k)，增量式算式那么反映了前后位置之差Δu(k)；位置式算法的優(yōu)點(diǎn)是簡單明了，但較容易產(chǎn)生較大的累加誤差；增量式算式的優(yōu)點(diǎn)是誤差較小，易于控制，但其算法相對(duì)復(fù)雜。4.數(shù)字PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)Kp、Ti、Td