PID 控制仿真实验.doc

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1、《本科实验报告》填写说明1．学员完成人才培养方案和课程标准要所要求的每个实验后，均须提交实验报告。2．实验报告封面必须打印，报告容可以手写或打印。3．实验报告容编排及打印应符合以下要求：（1）采用A4（21cm×29.7cm）白色复印纸，单面黑字打印。上下左右各侧的页边距均为3cm；缺省文档网格：字号为小4号，中文为宋体，英文和阿拉伯数字为TimesNewRoman，每页30行，每行36字；页脚距边界为2.5cm，页码置于页脚、居中，采用小5号阿拉伯数字从1开始连续编排，封面不编页码。（2）报告正文最多可设四级标题，字体均为黑体，第一级标题字号为

2、4号，其余各级标题为小4号；标题序号第一级用“一、”、“二、”……，第二级用“（一）”、“（二）”……，第三级用“1.”、“2.”……，第四级用“（1）”、“（2）”……，分别按序连续编排。（3）正文插图、表格中的文字字号均为5号。一、实验目的1．能够建立和使用MATLAB平台的Simulink仿真环境；2．能够进行数字PID控制的计算；3．能够进行数字PID控制的参数整定；4．能够描述大延迟被控对象对PID控制的影响。二、实验容给定：被控对象为，为一小纯滞后对象，输入为单位阶跃信号r(t)=1(t)。要求：应用扩充临界比例度法整定数字PID控制

3、器的四个控制参数：采样周期T、比例系数pk、积分时间常数iT、微分时间常数dT，并从图形上计算上升时间rt、超调量pM以及调整时间st。控制度选为1.05，数字比例控制的采样周期为minT=0.02s，仿真时间为10s。（1）用MATLAB的仿真工具Simulink进行参数整定并仿真，其框图为注意：①Simulink中的离散环节都自带有采样器（输入端）和零阶保持器（输出端）；②后缀为m命令文件名不能与后缀为mdl仿真框图文件名相同，否则m文件不会执行。（2）如果被控对象为大纯滞后对象。请重复上述步骤，并比较两个被控对象PID控制器的控制效果。控制

4、度选为1.05，数字比例控制的采样周期为minT=0.1s，仿真时间为100s。（3）现在参考输入改为方波信号，幅值为1，周期为2秒（20秒），占空比为50%，查看上述两个不同被控对象的闭环控制系统输出的跟踪效果。三、实验设计写出自己的设计思路；画出电路图；画出流程图。四、实验器材MATLAB矩阵实验室2013a，WINDOWS7环境。五、实验步骤1．对小延迟被控对象进行参数整定（1）数字比例控制利用Simulink画出PID数字比例控制方框图，如下图所示。控制器仅为数字比例控制，数字比例控制的采样周期为minT=0.02s，仿真时间为10s。（

5、2）求临界增益crk、临界周期crT从零开始增加pk值，直到系统输出出现等幅振荡，此时pk值记为crk，相应的振荡周期crT记为临界周期。（3）查表计算示波器选择控制度为1.05，查表确定PID参数值T、pk、Ti、Td；编写PID参数计算m文件，计算出b0,b1,b2。m程序如下。Kcr=？;Tcr=？;T=0.014*Tcr;%原始值kp=0.63*Kcr;Ti=0.49*Tcr;Td=0.14*Tcr;ki=kp*T/Ti;kd=kp*Td/T;b0=kp+ki+kd;b1=-(kp+2*kd);b2=kd;（4）观察控制效果利用Simul

6、ink画出PID数字控制方框图，如下图所示。运行PID控制，观察控制效果（上升时间、超调量、调整时间）。（4）微调参数微调参数pk、Ti、Td，使控制效果更满意。（5）跟踪方波现在参考输入改为方波信号，幅值为1，周期为2秒，占空比为50%，查看控制系统输出的跟踪效果。如下图所示。2．对大延迟被控对象进行参数整定，重复上述步骤。数字比例控制的采样周期为minT=0.1s，仿真时间为100s。方波信号，幅值为1，周期为20秒，占空比为50%。六、实验数据Kcr=8.12Tcr=1.65参数整定：跟踪方波：七、实验分析。八、问题与建议1、在做第一个实验

7、时需要调制系统至等幅振荡的图像输出，在调节时，应当注意使用放大工具，载波等幅振荡情况更为准确。整定KP时选用二分查找的思路要快捷很多。2、在整定PID参数和跟踪方波实验时，要注意调整三个参数的方法，应当是根据参数对图像的影响趋势调整，而不是随意选取值。九、源程序*.mKcr=8.12;Tcr=1.65;T=0.014*Tcr;%原始值kp=0.68*Kcr;Ti=0.90*Tcr;Td=0.02*Tcr;ki=kp*T/Ti;kd=kp*Td/T;b0=kp+ki+kd;b1=-(kp+2*kd);b2=kd;