自动控制实验报告六-数字PID控制.docxVIP

实验六数字PID控制 一、 实验目的 研究PID控制器的参数对系统穏?定性及过渡过程的影响。 硏究采样周期T对系统特性的影响。 研究I型系统及系统的稳定误差。 二、 实验仪器 EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台 计算机一台 三、 实验内容 1.系统结构图如 1.系统结构图如6-1图。 图6-1系统结构图 图中 Gc (s) =Kp (1+Ki/s+Kds) Gh (s) = (l-e_n) /s Gpl (s) =5/ ( <0. 5s+l) (0. ls+1)) Gp2 (s) =1/ (s (0. ls+1)) 2.开环系统(被控制对象)的摹拟电路图如图6-2和图6-3,其中图6-2 对应GP1 (s)，图6-3对亠--'、 图6-2开环系统结构图1 图6-3开环系统结构图2 被控对象GP1 (s)为“0型”系统，采用PI控制或者PID控制，可使系统变为“I型 系统，被控对象Gp2 (s)为“I型”系统，采用PI控制或者PID控制可使系统变成“II型 系统。 当r (t) =1 (t)时(实际是方波)，研究其过渡过程。 PI调节器及PID调节器的増益 Gc (s) =Kp (1+Kl/s) =KpKl( (1/kl) s+1) /s =K(TiS+l)/s 式中 K二KpKi , Tx= (1/K1) 不难看出PI调节器的増益K二KpKi,因此在改变Ki时，同时改变了闭环増益K,如果不想改 变K,则应相应改变Kpo釆用PID调节器相同。 “II型”系统要注意稳定性。对于Gp2 (s),若釆用PI调节器控制，其开环传递函数 为 G (s)=Gc (s) ? Gp2 (s) =K (Tis+1) /s ? 1/s (0. ls+1) 为使用环系统稳定，应满足Ti>0. 1,即Kl<10 PID递推算法 如果PID调节器输入信号为e 3),其输送信号为u (t),则离散的递 推算法如下： u (k) =u (k-1) +qOe (k) +qle (kT) +q2e (k_2) 其中 qO=Kp (1+K1T+ (Kd/T)) ql=—Kp (1+ ( 2Kd/T)) q2二Kp (Kd/T) T—采样周期 四、实验步骤 启动计算机，在桌面双击图标［自动控制实验系统］运行软件。 測试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正 常后才可?以继续进行实验。 连接被测最典型环节的摹拟电路(图6-2)。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出， 电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检査无误后接通电源。 在实验项目的卜拉列表中选择实验六［六、数字PID控制］,鼠标单击旦1按钮，弹出 实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等 待屏幕的显示区显示实验结果 输入参数 Kp, Ki, Kd (参考值 Kp二 1, Ki=0. 02, kd=l) o 参数设置完成点击确认后观察响应曲线。若不满意，改变Kp, Ki, Kd的数值和与 其相对应的性能指标op. ts的数值。 取满意的Kp,Ki,Kd值，观查有无稳态误差。 断开电源，连接被测晨此型环节的摹拟电路（图6-3）.电路的输入以接A/D、D/A卡的 DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将纯积分电容两端连在摹拟开关 上。检査无误后接通电源。 重复4-7步骤。 计算Kp, Ki, Kd取不同的数值时对应的op. ts的数值,测量系统的阶跃响应曲线及时 域性能指标，记入表中： 五、实验报告 1.画出所做实验的摹拟电路图。 0型 1型 3.总结一种有效的选择Kp, Ki. Kd方法，以最快的速度获得满意的参数。 方法：在这三个参数中，Kp对系统性能的影响最大，所以要先确定下来Kp的合理值; 然后再用试探的方法取到较好的Ki和Kd的值。 0型系统: 实验结果 参数 8% Tp Ts 阶跃响应曲线 Kp Ki Kd 1 0. 02 1 11.08% 617 985 图一 1.5 0. 02 1 17. 71% 308 721 图二 2 0. 02 1 42.90% 276 656 图三 1 0. 03 1 17.71% 285 688 图四 1 0. 04 1 33. 63% 415 1104 图五 1 0. 02 1. 5 12. 36% 403 700 图六 1 0. 02 2 10. 68% 403 700 图七 Kp=l Ki=0.02 Kd= Kp=l Ki=0.02 Kd= PAGE # -3M0 . g。。 ?5OOQ 6ooo Booo 1000 2000 3000 5000 ?ooo IC'O'X 5000 aooa 3000 2000 IODO ■100Q -BOOO *1