过控实验整理

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1、实验三数字式PID调节器控制算法仿真一、实验目的1、了解并掌握基本的数字PID控制算法和常用的PID控制改进算法。2、掌握用Matlab进行仿真的方法。3、了解PID参数整定的方法及参数整定在整个系统中的重要性。二、实验设备PC机(Matlab软件)三、实验原理1、基本的PID控制算法：基本的数字P0控制有三种算法：位置式、增量式和速率式，其中应用最为广泛的是增量式，因为增量式算法只与最近几次采样值有关，不需要累加；计算机输出增量，误差动作时影响小。因此这里采用增量式PID算法：其中设则2、数字PID调节器参数的整定：为使系统性能满足一定的要求，

2、必须确定算法中各参数的具体值，这就是参数整定。参数整定是十分重要的，调节系统参数整定的好坏直接影响调节品质。要想快速、灵活的将参数整定好，首先应透彻理解这些参数对系统性能的影响：增大比例系数，一般将加快系统的响应，这在有静差系统中有利于减小静差，但过大会使系统有较大超调，并产生振荡，使稳定性变坏。增大积分时间(积分作用减弱)有利于减小超调，减小振荡，使系统更加稳定，但系统静差消除的过程将随之减慢。增大微分时间(微分作用增强)有利于加快系统响应，使超调减小，稳定性增加，但系统对扰动有较敏感的响应。四、实验要求1、在Matlab环境中，按照给定对象，

3、构建仿真PID控制系统。2、调整PID参数，观察各参数对系统响应的影响。3、采用增量式PID算法进行控制系统仿真，对各参数进行整定，观察系统响应曲线，直到获得满意的响应曲线。4、采用积分分离PID算法进行控制系统仿真，对各参数进行整定，观察系统响应曲线，直到获得满意的响应曲线。5、在MATLB环境中构建仿真PID控制系统，对各参数进行整定，观察系统响应曲线，直到获得满意的响应曲线。6、根据整理过程和记录下的参数，对PID控制系统进行分析和比较。7、完成实验报告。五、思考题1．比较增量式PID算法和位置式PID算法的优劣。增量型算法与位置型算法比较

4、： （1）增量型算法不需做累加，计算误差后产生的计算精度问题，对控制量的计算影响较小。位置型算法用到过去的误差的累加，容易产生较大的累加误差。 （2）增量型算法得出的是控制的增量，误动作影响小，必要时通过逻辑判断限制或禁止本次输出，不会影响系统的工作。位置型算法的输出是控制量的全部输出，误动作影响大。2．根据实验过程，总结PID参数对系统响应的影响。PID控制包含三个环节：比例环节P，积分环节I，微分环节D。可以使用其中的一种或两种，也可以三种都用，这要根据过程的特点和控制的要求而定。比例环节P：控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控

5、制时，系统输出存在稳态误差。积分环节I：控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。用于消除静差，提高系统的无差度。但它有滞后现象，使系统的响应速度变慢，超调量变大并可能产生振荡。微分环节D：反应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。误差突变时，能及时控制，并能在偏差信号变化太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。但其会带来扰动敏感，抑制抗干扰能力差。位置式：增量式：实验二被控对象建模被控过程的数学模型，是指生产过程在各输入量（包括控制量和扰动量）作用下，其相应输出（被控量）变化

6、的函数关系数学表达式。建立过程数学模型的方法有两种。1、根据过程的内在机理，通过静态与动态物料下衡和能量平衡关系，用数学分析的方法求取过程的数学模型，即机理法；2、是根据被控过程输入、输出的实验数据，通过过程辨识与参数估计的方法建立被控过程的数学模型，即测试法。测试法包括阶跃响应测试法建模在测得系统的阶跃响应曲线的基础上，进行参数估计。参数估计的方法有作图法、经验法、两点法等。一阶惯性对象：一阶惯性对象的传递函数为H(S)/Q(S)=K/(TS+1)一阶惯性环节单位阶跃响应曲线h(t)=h(∞)(1-e-t/T)x0当x0=1，t=T时，则有h(

7、T)=h(∞)(1-e-1)=0.632h(∞)图1-1曲线上升到稳态值的63.2%所对应的时间，就是一阶惯性对象的时间常数T。由响应曲线求得K和T后，就能求得一阶惯性对象的传递函数。如果对象的阶跃响应曲线为图1-2，则在此曲线的拐点D处作一切线，它与时间轴交于B点，与响应稳态值的渐近线交于A点。图中OB即为对象的滞后时间τ，BC为对象的时间常数T，所得的传递函数为二阶惯性对象：二阶惯性对象的传递函数为：时间常数的确定：(1)h2(t1)=0.4h2(∞)时曲线上点B和对应时间t1；(2)h2(t2)=0.8h2(∞)时曲线上的点C和对应的时间t

8、2。然后，利用下面的近似公式计算式0.32