实验五数字pid控制实验

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1、实验五〔字PID控制实验（北京理工大学自动化学院班级：姓名：学号：）］商要：木实验除丫电路的搭接，敁重要的就是计算机各种参数设定的调节，为了吋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P1D、参数设置、超凋M、过渡过程吋间一、实验口的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P1D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

2、和分析在标准P1D控制系统屮，P、I、D参数对系统性能的影响。二、实验过程1.数字PTD控制模拟PID控制框图如下:图1PID控制框图写出传递闹数形式为12=xi+l0.1Y+12.数字HD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;li与输入误差信号成比例关系。当仅冇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。对一个白动控制系统，如求在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是冇稳态误差的或简称存差系统。为了消除

3、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M的增加，积分项会增人。这样，即便误差很小，积分项也会随着吋间的增加面加大，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兮的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的凋节过程巾可能会出现振荡扛至失稳。其原因是由于存在有较人惯性组件（环节）或柯滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误

4、差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零吋，抑制误差的作川就应该是零。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，而目前需要增加的足“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，讧至为负值，从而避免了被控景的严重超调。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屮的动态特性。数字PW调节器控制参数，取采样周期T=0.05s。数字PTD闭环控制系统实验构成如

5、下图所示。100kQlOOkQ100k。100kQ500kOR1500kQR3—11——luOkQ100k。+200kQ-CD-阁2闭环控制系统电路阁ToTT/sKpTiTdMptp5-+1"o.l^+l0.5670.158s0.053.120.890.05312.86%1.969s表1四、思考题1.分析思考P、I、D在工程整定中的作用及PTD的实际应用。事先将差值信号进行放人，比例增益P就是用来设置差值倍号的放人系数的。比例增益P越大，调节乂敏度越高，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

6、立即停止，导致“超调”,然后反过來调整,再次超调，形成振荡。为此引入积分环节I,K效果是，使经过比例增益P放人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T太长，又会当反馈信兮急剧变化吋，被控物理景难以迅速恢复。在微分控制中，控制器的输出与输入误差倌号的微分（即误差的变化率）成正比关系。动控制系统在克服误差的调*过裎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）或杏滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。2.使用PID控制屮，若增加是否

7、需要改变和的值？不需要，一个环负的改变不会影响K他两个环节，促会影响系统的性能。3.实际应用中，是否4以选择比较大？为什么？不可以，当非常人吋，微分环节增强，即超前环传过大，对噪声信号将产生放大作用，使系统失控。2.对不同的被控对象，如何选择PID参数?有何规律？1丨、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FI标值附近振荡，首先加人积分吋间1,如仍奋振荡，可适当减小比例增益P。被控物理M在发生变化后难以恢复，首先加大比例增益P,如果恢S仍较缓慢，可适当减小积分时间T,还可加

8、人微分时WD。五、结束语木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，参数之间相互影响，对操作要求较商，通过本次实验对P1D控制理解更加深刻。参考文献[1]胡寿松ft动控制理论（第六版）科学!II版社2013[2]姜增如自动控制理论实验北京理工大学出版社2010