数字pid控制实验报告docWord格式.docx

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　　u（k）=u（k-1）+q0e（k）+q1e（k-1）+q2e（k-2）　　其中q0=Kp（1+KiT+（Kd/T））　　q1=－Kp（1+（2Kd/T））　　q2=Kp（Kd/T）　　T--采样周期　　四、实验步骤　　1.连接被测量典型环节的模拟电路（图3-2）。

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。

检查无误后接通电源。

　　2.启动计算机，双击桌面“计算机控制实验”快捷方式，运行软件。

　　3.测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。

　　4.在实验项目的下拉列表中选择实验三[数字PID控制],鼠标单击鼠标单击　　弹出实验课题参数设置窗口。

　　5.输入参数Kp,Ki,Kd（参考值Kp=1,Ki=0.02,kd=1）。

　　6.参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?

p、ts的数值。

　　7.取满意的Kp,Ki,Kd值，观查有无稳态误差。

　　8.断开电源，连接被测量典型环节的模拟电路（图3-3）。

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，将纯积分电容的两端连在模拟开关上。

　　9.重复4-7步骤。

　　10.计算Kp，Ki，Kd取不同的数值时对应的?

p、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：

按钮，　　10.02110.011　　10.01210.022　　20.024　　五、实验报告　　1．画出所做实验的模拟电路图。

　　2．当被控对象为Gp1（s时）取过渡过程为最满意时的Kp,Ki,Kd,画出校正后的Bode图，查出相稳定裕量?

和穿越频率?

c。

　　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。

　　先通过改变Kp的值，使Kp满足要求，再改变Ki，最后是Kd，通过这样一次改变参数的方法可以很快的达到满意的效果。

　　参数整定（试凑法）　　增大比例系数Kp　　，一般加快系统响应，在有静差的情况下有利于减小静差，但过大的　　比例系数会使系统有较大超调，并产生震荡，使稳定性变坏；

　　增大积分时间Ti，有利于减小超调，减小震荡，使系统更加稳定，但系统静差的消除将随之减慢；

　　增大微分时间Td，亦有利于加快系统响应，使超调亮减小，稳定性增加，但对系统的扰动抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应；

另外，过大的微分系数也将使得系统的稳定性变坏。

篇二：

数字PID控制实验　　4.5.1数字PID控制实验1标准PID控制算法　　一．实验要求　　1.了解和掌握连续控制系统的PID控制的原理。

2.了解和掌握被控对象数学模型的建立。

　　3.了解和掌握数字PID调节器控制参数的工程整定方法。

　　4.观察和分析在标准PID控制系统中，P.I.D参数对系统性能的影响。

　　二．实验内容及步骤⑴确立模型结构　　本实验采用二个惯性环节串接组成实验被控对象，T1=0.2S，T2=0.5SKo=2。

G0（s）?

　　121　　?

?

K0?

e?

S　　0.5S?

10.2S?

1T0S?

1　　⑵被控对象参数的确认　　被控对象参数的确认构成如图4-5-10所示。

本实验将函数发生器（B5）单元作为信号发生器，矩形波输出（OUT）施加于被测系统的输入端R，观察矩形波从0V阶跃到+2.5V时被控对象的响应曲线。

　　图4-5-10被控对象参数的确认构成　　实验步骤：

注：

将‘SST’用‘短路套’短接!

　　①在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。

　　②B5的量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度>

2秒（D1单元左显示）。

　　③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=2.5V左右（D1单元右显示）。

④构造模拟电路：

按图4-5-10安置短路套及测孔联线，表如下。

　　（a）安置短路套（b）测孔联线　　⑤运行、观察、记录：

　　A）先运行程序，选择界面的“工具”菜单选中“（Alt+W）项，弹出双迹示波器的界面，点击开始，用虚拟示波器观察系统输入信号。

　　图4-5-11被控对象响应曲线　　B）在图4-5-112被控对象响应曲线上测得t1和t2。

通常取Y0（t1）?

0.3Y0（?

），要求从图中测得t1；

通常取Y0（t2）?

0.7Y0（?

），要求从图中测得t2。

计算T0和?

：

　　T0?

　　t2?

t1t?

t1　　?

2　　ln[1?

y0（t1）]-ln[1?

y0（t2）]0.8473　　?

　　t2n[1?

y0（t1）]?

t1ln[1?

y0（t2）]1.204t1-0.3567t2　　?

　　ln[1?

y0（t2）]0.8473　　C）求得数字PID调节器控制参数KP、TI、TD（工程整定法）　　KP?

　　1　　[1.35（?

/T0）?

0.27]K0　　2.5（?

0.5（?

/T0）2　　TI?

T0?

　　1?

0.6（?

/T0）TD?

　　0.37（?

/T0）1?

0.2（?

/T0）　　据上式计算数字PID调节器控制参数KP、TI、TD　　⑶数字PID闭环控制系统实验　　数字PID闭环控制系统实验构成见图4-5-12，观察和分析在标准PID控制系统中，P.I.D参数对系统性能的影响，分别改变P.I.D参数，观察输出特性，填入实验报告，　　图4-5-12数字PID闭环控制系统实验构成　　实验步骤：

　　②B5的量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度≥2秒（D1单元左显示）。

　　③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=2.5V（D1单元右显示）。

按图4-5-12安置短路套及测孔联线，表如下。

a）安置短路套（b）测孔联线　　（3）运行、观察、记录：

　　①运行LABACT程序，选择微机控制菜单下的数字PID控制实验下的标准PID控制选项，会弹出虚拟示波器的界面，设置采样周期T=0.05秒,然后点击开始后将自动加载相应源文件，运行实验程序。

　　②在程序运行中，设置Kp=0.33，Ti=0.36，Td=0.055，然后点击发送。

③点击停止，观察实验结果。

⑷数字PID调节器控制参数的修正　　采样周期保持T=0.05秒，为了使系统的响应速度加快，可增大比例调节的增益Kp　　（设Kp=2）；

又为了使系统的超调不致于过大，牺牲一点稳态控制精度，增加点积分时间常数Ti=0.6，微分时间常数Td不变，观察实验结果（超调量Mp及上升时间tp）。

　　三．实验报告要求　　⑴用LabACT实验箱获取被控对象参数To和τ。

　　⑵求取数字PID调节器控制参数Kp、Ti、Td（开环整定法）。

⑷画出数字PID闭环控制系统实验响应曲线　　⑹记录数字PID闭环控制系统的超调量Mp及上升时间tp分别填入下表。

　　⑺比较修正前后数字PID闭环控制系统的超调量Mp及上升时间tp，从定性的角度写出PID调节器控制参数Kp、Ti、Td对系统性能的影响。

　　4.5.2积分分离PID控制算法　　一．实验目的　　1．了解和掌握PID控制系统中的积分饱和现象的产生原因及消除的方法。

2．观察和分析采用积分分离PID控制后，控制性能改善的程度及原因。

　　二、实验内容及步骤　　在PID控制算法系统中，引进积分分离法，既保持了积分的作用，又减小了超调量，使得控制性能有了较大的改善。

　　当偏差值E（k）比较大时，即E（k）>

E0时，PID控制算法系统中，取消积分控制，采用PD控制；

当偏差值E（k）比较小时，即E（k）?

E0时，采用PID控制，算法可表示为：

　　?

0,E（k）?

E0　　Ki?

　　?

Ki，E（k）?

E0　　Ki?

Kp　　T　　Ti　　积分分离阀值Eo，其数值范围为0~4.9V。

　　积分分离PID控制算法系统构成如图4-5-12所示（与标准PID控制实验构成相同）。

　　分别观察标准PID控制与积分分离PID控制输出，分析控制性能改善的程度及原因。

实验步骤：

同标准PID控制实验，注意，运行LABACT程序时，选择微分控制菜单下的数字PID控制实验下的积分分离PID控制选项。

　　标准PID控制：

设置Kp=1，Ti=0.36，Td=0.055，设置积分分离阀值Eo=5V的。

积分分离PID控制：

设置Kp=1，Ti=0.36，Td=0.055，设置积分分离阀值Eo=2V。

　　三．实验报告要求　　1.分别记录标准PID控制和积分分离PID控制的超调量Mp及上升时间tp　　2.分别观察标准PID控制与积分分离PID控制输出，分析控制性能改善的程度及原因。

篇三：

实验五数字PID控制实验　　实验五数字PID控制实验　　（北京理工大学自动化学院班级：

姓名：

学号：

）　　摘要：

本实验除了电路的搭接，最重要的就是计算机各种参数设定的调节，为了可以得到　　一个符合要求的响应曲线，需要对示波器上的各种参数进行调整。

　　关键词：

数字PID、参数设置、超调量、过渡过程时间　　一、实验目的　　1.了解数字PID的控制特点、控制方式。

2.了解和掌握连续控制系统的PID控制算　　法表达式（微分方程）。

　　3.了解和掌握被控对象数学模型的建立方　　法。

　　4.了解和掌握PID调节器控制参数的工程　　整定方法。

　　5.了解和掌握用实验箱进行数字PID控制　　过程。

　　6.观察和分析在标准PID控制系统中，P、　　I、D参数对系统性能的影响。

　　二、实验过程　　1.数字PID控制　　模拟PID控制框图如下：

　　图1PID控制框图　　写出传递函数形式为　　2.数字PID调节器控制特性　　1）比例控制　　比例（P）控制是一种最简单的控制方式。

其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。

当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。

2）积分控制　　在积分（I）控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。

对一个自　　动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。

为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。

积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。

这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。

因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

3）微分（D）控制　　在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。

　　自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。

其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。

解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。

这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。

所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

　　数字PID调节器控制参数，取采样周期T=0.05s。

　　数字PID闭环控制系统实验构成如下图所示。

　　图2闭环控制系统电路图　　三、实验结果　　图　　3　　图4　　表1　　四、思考题　　1.分析思考P、I、D在工程整定中的作用　　及PID的实际应用。

　　事先将差值信号进行放大，比例增益P就是用来设置差值信号的放大系数的。

比例增益P越大，调节灵敏度越高，但由于传动系统和控制电路都有惯性，调节结果达到最佳值时不能立即停止，导致“超调”，然后反过来调整，再次超调，形成振荡。

为此引入积分环节I，其效　　果是，使经过比例增益P放大后的差值信号在积分时间内逐渐增大（或减小），从而减缓其变化速度，防止振荡。

但积分时间I太长，又会当反馈信号急剧变化时，被控物理量难以迅速恢复。

在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。

自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。

其原因　　是由于存在有较大惯性组件（环节）或小比例增益P。

被控物理量在发生变化有滞后组件，具有抑制误差的作用，其后难以恢复，首先加大比例增益P，如变化总是落后于误差的变化。

果恢复仍较缓慢，可适当减小积分时间2.使用PID控制中，若增加是否需要改变I，还可加大微分时间D。

　　和的值？

不需要，一个环节的改变不会影响其他五、结束语两个环节，但会影响系统的性能。

本实验除了电路的搭接，最重要的就是3.实际应用中，是否可以选择比较大？

为计算机各种参数设定的调节，为了可以　　什么？

得到一个符合要求的响应曲线，需要对不可以，当?

非常大时，微分环节增示波器上的各种参数进行调整，参数之强，即超前环节过大，对噪声信号将产间相互影响，对操作要求较高，通过本生放大作用，使系统失控。

次实验对PID控制理解更加深刻。

4.对不同的被控对象，如何选择PID参数？

　　有何规律？

P、I、D参数的预置是相辅相成的，运行现场应根据实际情况进行如下细调：

被控物理量在目标值附近振荡，首先加大积分时间I，如仍有振荡，可适当减　　参考文献　　[1]胡寿松自动控制理论（第六版）科学出版社XX[2]姜增如自动控制理论实验北京理工大学出版社XX