数字pid调节器算法的研究

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1、数字PID调节器算法的研究自己收藏的觉得很有用故上传到百度与大家一起分享！数字PID调节器算法的研究一、实验目的　　1．学习并熟悉常规的数字PID控制算法的原理　　2．学习并熟悉积分分离PID控制算法的原理　　3．掌握具有数字PID调节器控制系统的实验和调节器参数的整定方法二、实验设备　　1．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验台　　2．THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根)　　3．PC机1台(含上位机软件"THBDC-1")三、实验内容　　1．利用本实验平台设计并构成一个用于混合仿真实验的计算机闭环实时控制系统；　　2．采用常规的PI和PID调节器

2、构成计算机闭环系统并对调节器的参数进行整定使之具有满意的动态性能；　　3．对系统采用积分分离PID控制并整定调节器的参数四、实验原理　　在工业过程控制中应用最广泛的控制器是PID控制器它是按偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）组合而成的控制规律而数字PID控制器则是由模拟PID控制规律直接变换所得　　在PID控制规律中引入积分的目的是为了消除静差提高控制精度但系统中引入了积分往往使之产生过大的超调量这对某些生产过程是不允许的因此在工业生产中常用改进的PID算法如积分分离PID算法其思想是当被控量与设定值偏差较大时取消积分控制；当控制量接近给定值时才将积分作用投入以消除静差提高控制精度这样既

3、保持了积分的作用又减小了超调量五、实验步骤　　1．启动计算机在桌面双击图标THBDC-1运行实验软件　　2．点击工具栏上的"通道设置"在弹出的对话框中选择单通道采集、通道"1"并点击"开始采集"按钮　　3．按图4-1和图4-2连接一个二阶被控对象闭环控制系统的电路该电路的输出与数据采集卡的输入端AD1相连电路的输入与数据采集卡的输出端DA1相连待检查电路接线无误后启动实验台的"电源开关"并将锁零按钮处于"不锁零"状态　　4．点击工具栏上的"脚本编辑器"在弹出的窗口中点击"打开"按钮在"数字PID调节器算法"文件夹下选中"位置式PID"脚本程序并打开阅读、理解该程序然后在"脚本编辑器"窗口上点击

4、"运行"按钮用示波器观察图4-2输出端的响应曲线　　5．在"脚本编辑器"窗口上点击"停止"按钮利用扩充响应曲线法（参考本实验附录4）整定PID控制器的P、I、D及系统采样时间Ts等参数然后再运行在整定过程中注意观察参数的变化对系统动态性能的影响　　6．在"脚本编辑器"窗口上点击"打开"按钮在"数字PID调节器算法"文件夹下选中"增量式PID"脚本程序并打开阅读、理解该程序然后在"脚本编辑器"窗口上点击"运行"按钮用示波器观察图4-2输出端的响应曲线并根据上一步整定PID控制器参数的方法整定P、I、D及系统采样时间Ts等参数在整定过程中注意观察参数的变化对系统动态性能的影响　　7．在"脚本编辑器

5、"窗口上点击"打开"按钮在"数字PID调节器算法"文件夹下选中"积分分离PID"脚本程序并打开阅读、理解该程序然后在"脚本编辑器"窗口上点击"运行"按钮用示波器观察图4-2输出端的响应曲线选择合适的分离阈值tem(具体可参考上位机脚本程序)并整定PID控制器的P、I、D及系统采样时间Ts等参数在整定过程中注意观察参数的变化对系统动态性能的影响　　8．实验结束后关闭"脚本编辑器"窗口并顺序点击对话框中的"停止采集"与工具栏的"退出"按钮六、实验报告要求　　1．绘出实验中二阶被控对象在各种不同的PID控制下的响应曲线　　2．编写积分分离PID控制算法的脚本程序　　3．分析常规PID控制算法与积分分

6、离PID控制算法在实验中的控制效果七、附录　　1．被控对象的模拟与计算机闭环控制系统的构成　　　　　　　　图4-1数-模混合控制系统的方框图　　图中信号的离散化通过数据采集卡的采样开关来实现　　被控对象的传递函数为：　　　　它的模拟电路图如下图所示　　　　　　　　　　　　图4-2被控二阶对象的模拟电路图　　实验电路参考单元：U7、U10　　2．常规PID控制算法　　常规PID控制位置式算法为　　　　对应的Z传递函数为　　　　式中Kp---比例系数　　Ki=积分系数T采样周期　　Kd＝微分系数其增量形式为　　3．积分分离PID控制算法　　系统中引入的积分分离算法时积分分离PID算法要设置分离阈E

7、0：　　当│e(kT)│≤│E0│时采用PID控制以保持系统的控制精度　　当│e(kT)│>│E0│时采用PD控制可使δp减小积分分离PID控制算法为：　　　　式中Ke称为逻辑系数：　　当│e(k)│≤│E0│时Ke=1　　当│e(k)│>│E0│时Ke=0　　对应的控制方框图为　　　　　　　　图4-3上位机控制的方框图　　图中信号的离散化是由数据采集卡的采样开关来实现　　4．数字PID控制器的参