实验四.积分分离PID控制实验

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1、实验四积分分离PID控制实验课程名称计算机控制技术班级08电气信2班指导教师曹建忠实验学生姓名邱焊萍李竹青陈志敏实验日期2011/10/12实验学生学号080705221080705213080705204报告日期2011/10/191.实验原理及线路简介(1)原理如图4—1，R为输入，C为输出，计算机不断采入误差E，进行积分判别与PID运算，然后判结果是否溢出(若溢出则取最大或最小值)，最后将控制量输送给系统。图4－1(2)运算原理PID控制规律为：U(t)=Kp[e(t)+]。e(t)控制器输入；U(t)为控制器输出。用矩阵法算积分，用向后差分代替微分

2、，采样周期为T，算法为：U(K)=Kp{E(K)+[E(K)-E(K-1)]}=Kp·E(K)+[E(K)-E(K-1)]简记为：Uκ=P·Eκ+I+D·(Eκ-Eκ-1)P、I、D范围为：-0.9999～+0.9999，计算机分别用相邻三个字节存储其BCD码。最低字节存符号，00H为正，01H为负。中间字节存前2位小数，最高字节存末2位小数。例有系数P为0.1234，I为0.04秒，D为0，则内存为表4-1所示。表4—1地址内容Tk0240:0000H10HEI0240:0001H7FH低字节0240:0002H00H中间字节P0240:0003H12H

3、高字节0240:0004H34H0240:0005H00HI0240:0006H04H0240:0007H00H0240:0008H00HD0240:0009H00H0240:000AH00H计算机存有初始化程序，把十进制小数转换成二进制小数，每个小数用两个字节表示。在控制计算程序中按定点小数进行补码运算，对运算结果设有溢出处理。当运算结果超出00H或FFH时则用极值00H或FFH作为计算机控制输出，在相应的内存中也存入极值00H与FFH。积分项运算也设有溢出处理，当积分运算溢出时控制量输出取极值，相应内存中也存入极值。计算机还用0240:0001H内存单

4、元所存的值数作为积分运算判定值EI，误差E有绝对值小于EI时积分，大时不积分。EI的取值范围：00H～7FH。控制量Uκ输出至D/A，范围：00H～FFH，对应—5V～+4.96V，误差EI模入范围与此相同。(3)整定调节参数与系统开环增益可用临界比例法整定参数。设采样周期为50ms，先去掉微分与积分作用，只保留比例控制，增大Kp，直至系统等幅振，记下振荡周期Tu和振荡时所用比例值Kpu，按以下公式整定参数。①只用比例调节Kp=0.5Kpu(P=Kp=0.5Kpu)②用比例、积分调节(T取Tu)比例Kp=0.36Kpu(即P=Kp=0.36Kpu)积分时间

5、TI=1.05Tu(即I==0.07Kpu)③用比例、积分、微分调节(T取Tu)比例Kp=0.27Kpu(即P=Kp=0.27Kpu)积分时间TI=0.4Tu(即I==0.11Kpu)微分时间TD=0.22Tu(即D==0.36Kpu)PID系数不可过小，因为这会使计算机控制输出也较小，从而使系统量化误差变大，甚至有时控制器根本无输出而形成死区。这时可将模拟电路开环增益适当减小，而使PID系数变大。例：PID三个系数都小于0.2，模拟电路开环增益可变为K/5，PID系数则都相应增大5倍。另一方面PID系数不可等于1，所以整个系统功率增益补偿是由模拟电路实现

6、。例如若想取P=5.3，可取0.5300送入，模拟电路开环增益亦相应增大10倍。(4)接线与线路原理如图4-2所示。8253的OUT2定时输出OUT2信号，经单稳整形，正脉冲打开采样保持器的采样开关，负脉冲启动A/D转换器。图4-2系统误差信号E→U14、IN；U14、OUT→U13、IN7：采样保持器对系统误差信号进行采样，将采样信号保持并输出给A/D第7路输入端IN7。(5)采样周期T计算机8253产生定时信号，定时10ms，采样周期T为：T=Tκ×10msTκ事先送入0240:0000H单元，范围是01H～FFH，则采样周期T的范围为10ms～255

7、0ms。按Tu计算出的T如果不是10ms的整数倍，可以取相近的Tκ。系数转换，8253、8255、8259初始化设置A口、B口中断地址控制准备程序等待中断及中断返回后处理程序中断申请2．实验程序流程：见图4—3主程序KP·EKD(EK·EK-1)判积分运算KP·EK+D(EK－EK-1)+ΣI·EK取极值判积分运算KP·EK+D(EK－EK-1)判溢出取极值中断返回是否是否PID位置算法A口中断程序图4—33．实验内容与步骤(1)按图4-2接线，用短路块将S与ST短接，S11置方波档，S12置下档，调W11使信号周期为5S，调W12约为3V。.(2)在调试

8、窗口状态下，“装入程序”TH4-1.EXE，用U0000：2000