实验三-数字PID控制

1312441525陈思华实验三数字PID控制一、实验目的1、研究PID控制器的参数对系统稳定性及过度过程的影响。2、研究采样周期T对系统特性的影响。3、研究1型系统及系统的稳定误差。二、实验仪器1、1、EL-AT-III型计算机控制系统实验箱一台2、PC计算机一台三、实验内容1、系统结构图如下图。R(t)Y(t)图中：Gc(s)=Kp（1+Ki/s+Kds）Gh(s)=(1-e-TS)/sGp1(s)=5/((0.5s+1)(0.1s+1))Gp2(s)=1/(s(0.1s+1))2、开环系统（被控制对象）的模拟电路图如下图。3、被控对象GP1（S）为0型系统，采用PI控制或PID控制，可系统变为1型系统，被控制对象GP2（S）为1型系统，采用PI控制或PID控制可使系统变为II型系统。4、当R（t）=1时，研究其过度过程。5、PI调节器及PID调节的增益Gc(s)=K(Tis+1)/s式中，K=KpKiTi=（1/K1）Gc(s)Gh(s)Gp(s)1312441525陈思华不难看出PI调节器的增益K，因此在改变Ki时，同时改变了闭环增益K，如果不想改变K，则应相应的改变Kp，采用PID调节器相同。6、II型系统要注意稳定性。对于GP2（s），若采用PI调节器控制，其开环传递函数为G（S）=K（Tis+1）/s*1/s(0.1s+1)为使开环系统稳定，应满足Ti〉0.1，即K1〈107、PID递推算法，如果PID调节器输入信号为e(t)，其输送信号为u(t)，则离散的递推算法U(k)=u(k-1)+q0e(k)+q1e(k-1)+q2e(k-2)四、实验步骤1、连接被测量典型环节的模拟电路图。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。2、启动计算机，双击桌面“计算机控制实验”快捷方式，运行软件。3、测试计算机与实验箱的通道是否正常，通信正常继续。如果通信不正常查找原因通信正常后才可以继续进行实验。4、在实验项目的下拉列表中选择实验三[数字PID控制]，鼠标单击运行按钮，弹出实验课题参数设置对话框。5、输入参数Kp、Ki、Kd（参考值Kp=1，Ki=0.02，Kd=1）6、参数设置完成点击确认后观察相应曲线。若不满意，改变Kp、Ki、Kd的数值，计算与其对应的性能指标。7、取满意的Kp、Ki、Kd值，观察有无稳态误差。8、断开电源，连接被隔两典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将纯积分电容的两端接在模拟开关上。检查无误后接通电源。9、重复4-7步骤。10、计算Kp、Ki、Kd取不同的数值时对应的数值，测量系统的阶跃响应曲线及时与性能指标，记入表中：实验结果参数δ%Ts/ms阶跃响应曲线KpKiKd10.02143.812991312441525陈思华10.01125.9111210.01231.2116810.02240.3195420.02436.7914五、实验报告1、画出所做实验的模拟电路图。1312441525陈思华2、当被控对象为Gp1时取过度过程为最满意时的Kp、Ki、Kd，画出矫正后的Bode图，查出相稳定裕度量y和穿越频率Wc。3、总结一种有效的选择Kp、Ki、Kd方法，以最快的速度获得满意的参数。先通过改变Kp的值，使Kp满足要求，再改变Ki，最后是Kd，通过这样一次改变参数的方法可以很快的达到满意的效果。试凑法：增大比例系数Kp，一般加快系统响应，在有静差的情况下有利于减小静差，但过大的比例系数会使系统有较大超调，并产生震荡，使稳定性变坏；增大积分时间Ti，有利于减小超调，减小震荡，使系统更加稳定，但系统静差的消除将随之减慢；增大微分时间Td，亦有利于加快系统响应，使超调亮减小，稳定性增加，但对系统的扰动抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应；另外，过大的微分系数也将使得系统的稳定性变坏。