计算机控制实验三数字PID调节器算法的研究.doc

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1、学院：**********班级：**********姓名：******学号：**********实验三数字PID调节器算法的研究实验项目名称：数字PID调节器算法的研究实验项目性质：普通所属课程名称：计算机控制技术实验计划学时：2学时一、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、实验内容和要求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

2、调节器，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。二、实验主要仪器和材料1．THTJ-1型计算机控制技术实验箱2．THVLW-1型USB数据采集卡一块(含37芯通信线、USB电缆线各1根)3．PC机1台(含上位机软件“THTJ-1”)四、实验方法、步骤及结果测试1、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

3、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，既保持了积分的作用，又减小了超调量。2、实验步骤1、实验接线1.1按图1和图2连接一个二阶被控对象闭环控制系统的电路；1.2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

4、DA1相连；1.3待检查电路接线无误后，打开实验平台的电源总开关，并将锁零单元的锁零按钮处于“不锁零”状态。2、脚本程序运行2.1启动计算机，在桌面双击图标THTJ-1，运行实验软件；2.2顺序点击虚拟示波器界面上的“”按钮和工具栏上的“”按钮(脚本编程器)；2.3在脚本编辑器窗口的文件菜单下点击“打开”按钮，并在“计算机控制算法VBS计算机控制技术基础算法数字PID调器算法”文件夹下选中“位置式PID”脚本程序并打开，阅读、理解该程序，然后点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“步长设置”，将脚本算法的运行步长设为10

5、0ms；2.4点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“启动”；用虚拟示波器观察图4-2输出端的响应曲线；2.5点击脚本编辑器的调试菜单下“停止”，利用扩充响应曲线法（参考本实验七附录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；2.6参考步骤2.4、2.4和2.5，用同样的方法分别运行增量式PID和积分分离PID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，然后观察参数的变化对系统动态性能的影响。另外在积分分离PID程序运行过程中

6、，注意不同的分离阈值tem对系统动态性能的影响；2.7实验结束后，关闭脚本编辑器窗口，退出实验软件。五、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控制算法与积分分离PID控制算法在实验中的控制效果。数据分析：（1）：位置型PID响应曲线：超调量：5.567峰值时间：0.29ms达到稳态的时间：4.462ms稳态值：2.0（2）：增量型PID响应曲线：超调量：7.293峰值时间：0.235ms达到稳态的时间：5.563ms稳态值

7、：2.0积分分离型PID响应曲线：超调量：6.514峰值时间：0.277ms达到稳态的时间：6.435ms稳态值：2.0六、思考题1.该实验中被控对象是什么？有什么特点？答：被控对象是一个积分放大电路的输出；其特点是刚上电的瞬间由于电容的充电作用，其输出电压值会有一个瞬时升高的过程，然后随着电容的充电，输出电压会逐渐稳定。2.试画出该实验中数字PID控制系统的方框图。PID控制系统的方框图3.试叙述带积分分离的PID控制算法的特点和应用的场合。答：带积分分离的PID算法的特点是：偏差e(k)较大时，取消积分作用；当偏

8、差e(k)较小时才将积分作用投入；其应用场合：当有较大的扰动或大幅度改变给定值采用积分分离措施。4.位置式PID算式与增量式算式有何区别？各有什么优缺点？答：位置式算式提供了执行机构的位置u(k)，增量式算式则反映了前后位置之差Δu(k)；位置式算法的优点是简单明了，但较容易产生较大的累加误差；增量式算式的优点是误差较小，易于控制，但其算法相对