实验三 PID控制器设计及其参数整定.doc

《实验三 PID控制器设计及其参数整定.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验三 PID控制器设计及其参数整定.doc（15页珍藏版）》请在沃文网上搜索。

1、实验三 PID控制器设计及其参数整定一、实验目的1) 通过本实验，掌握使用Simulink 仿真设计连续和离散PID控制器的方法。2) 掌握对给定控制系统进行PID 控制器参数在线实验工程整定的方法。二、实验原理PID控制是最经典、应用最广泛的控制方法，是单回路控制系统主要的控制方法，是其他控制思想的基础。本实验针对被控对象，选定控制器的调节规律，在控制器的调节规律已经确定的情况下，控制系统的品质主要决定于控制器参数的整定。1. 连续PID控制器本实验采用的PID控制器传递函数为：或写成：有其中Kp、Ki、Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数；Ti、Td分别为积分时间常数和微分时间常数；为比

2、例度。控制系统的Simulink仿真图如图1所示。连续PID控制器如图2所示。根据不同的参数设置，可以得到单纯的比例控制、比例积分控制、比例微分控制以及比例积分微分控制等不同的控制系统。控制器参数的工程整定实验法，是通过对典型输入响应曲线所得到的特征量，按照动态特性参数法、衰减曲线法、临界比例度法、或经验法中的某一种方法，求得控制器的各个参数，进行工程整定，使系统的性能达到最佳。图1 控制系统Simulink仿真图图2 连续PID控制器Simulink仿真图2. 离散PID控制器将描述模拟PID控制器的微分方程式化为差分方程，即为数字PID控制算法。因为上式包含的数字积分项，需要存储过去全部偏

3、差量，而且累加运算编程不太方便，计算量也较大，所以在应用中，通常都是将上式改为增量算法。即数字增量式PID控制器如图3所示。图3 数字增量式PID控制器Simulink仿真图三、实验内容1) 建立如图1所示的Simulink仿真系统图。2) 采用图2的连续控制器，分别设置成纯比例控制、PI控制、PID控制，通过改变PID参数，记录参数值和仿真结果，分析比例系数、积分系数、微分系数的作用。纯比例控制kp分别为0.2；0.4；0.5；0.6；0.7；0.8；1.0如下：Kp=0.2Kp=0.4Kp=0.5Kp=0.6Kp=0.7Kp=0.8Kp=1.0可以看出曲线随着Kp值的增大，系统响应速度加快

4、，系统的超调随着增加，最大偏差变小，震荡频率变高，调节时间也随着增长将微分环节去除，控制器将变成PI比例积分控制器进行仿真：比例系数Kp=1，积分时间常数Ti分别取值1，1.5，2，5，10，15 。得到一 系列曲线的变化，如下：Ti=1Ti=1.5Ti=2Ti=5Ti=10Ti=15经对比对分析增大积分时间常数，有利于减小超调量，减小振荡，但系统的调整时间会有所增加。采用pid控制时，经多次验证kp=0.7;ti=10;td=0.005时有较好控制效果，如图：3) 采用工程整定法，通过调整PID参数达到满意的控制效果，记录整定步骤，PID控制器参数值和仿真结果。用经验试凑法多次验证kp=0.7;ti=10;td=0.005时有最好控制效果4) 采用图3的数字增量式PID控制器，重复3的步骤。四、实验报告1) 按照实验报告所要求的统一格式，填写实验5报告；2) 记录实验过程、实验结果和图；表。3) ；根据实验过程和结果进行分析。15