實(shí)驗(yàn)三 PID控制器設(shè)計(jì)及其參數(shù)整定---已完成

1、實(shí)驗(yàn)三 PID控制器設(shè)計(jì)及其參數(shù)整定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?) 通過本實(shí)驗(yàn)，掌握使用Simulink 仿真設(shè)計(jì)連續(xù)和離散PID控制器的方法。2) 掌握對給定控制系統(tǒng)進(jìn)行PID 控制器參數(shù)在線實(shí)驗(yàn)工程整定的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理PID控制是最經(jīng)典、應(yīng)用最廣泛的控制方法，是單回路控制系統(tǒng)主要的控制方法，是其他控制思想的基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)針對被控對象，選定控制器的調(diào)節(jié)規(guī)律，在控制器的調(diào)節(jié)規(guī)律已經(jīng)確定的情況下，控制系統(tǒng)的品質(zhì)主要決定于控制器參數(shù)的整定。1. 連續(xù)PID控制器本實(shí)驗(yàn)采用的PID控制器傳遞函數(shù)為：或?qū)懗桑河衅渲蠯p、Ki、Kd分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)；Ti、Td分別為積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)；為比

2、例度?？刂葡到y(tǒng)的Simulink仿真圖如圖1所示。連續(xù)PID控制器如圖2所示。根據(jù)不同的參數(shù)設(shè)置，可以得到單純的比例控制、比例積分控制、比例微分控制以及比例積分微分控制等不同的控制系統(tǒng)?？刂破鲄?shù)的工程整定實(shí)驗(yàn)法，是通過對典型輸入響應(yīng)曲線所得到的特征量，按照動態(tài)特性參數(shù)法、衰減曲線法、臨界比例度法、或經(jīng)驗(yàn)法中的某一種方法，求得控制器的各個參數(shù)，進(jìn)行工程整定，使系統(tǒng)的性能達(dá)到最佳。圖1 控制系統(tǒng)Simulink仿真圖圖2 連續(xù)PID控制器Simulink仿真圖2. 離散PID控制器將描述模擬PID控制器的微分方程式化為差分方程，即為數(shù)字PID控制算法。因?yàn)樯鲜桨臄?shù)字積分項(xiàng)，需要存儲過去全部偏

3、差量，而且累加運(yùn)算編程不太方便，計(jì)算量也較大，所以在應(yīng)用中，通常都是將上式改為增量算法。即數(shù)字增量式PID控制器如圖3所示。圖3 數(shù)字增量式PID控制器Simulink仿真圖三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1) 建立如圖1所示的Simulink仿真系統(tǒng)圖。2) 采用圖2的連續(xù)控制器，分別設(shè)置成純比例控制、PI控制、PID控制，通過改變PID參數(shù)，記錄參數(shù)值和仿真結(jié)果，分析比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)的作用。純比例控制kp分別為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可以看出曲線隨著Kp值的增大，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快

4、，系統(tǒng)的超調(diào)隨著增加，最大偏差變小，震蕩頻率變高，調(diào)節(jié)時間也隨著增長將微分環(huán)節(jié)去除，控制器將變成PI比例積分控制器進(jìn)行仿真：比例系數(shù)Kp=1，積分時間常數(shù)Ti分別取值1，1.5，2，5，10，15 。得到一 系列曲線的變化，如下：Ti=1Ti=1.5Ti=2Ti=5Ti=10Ti=15經(jīng)對比對分析增大積分時間常數(shù)，有利于減小超調(diào)量，減小振蕩，但系統(tǒng)的調(diào)整時間會有所增加。采用pid控制時，經(jīng)多次驗(yàn)證kp=0.7;ti=10;td=0.005時有較好控制效果，如圖：3) 采用工程整定法，通過調(diào)整PID參數(shù)達(dá)到滿意的控制效果，記錄整定步驟，PID控制器參數(shù)值和仿真結(jié)果。用經(jīng)驗(yàn)試湊法多次驗(yàn)證kp=0.7;ti=10;td=0.005時有最好控制效果4) 采用圖3的數(shù)字增量式PID控制器，重復(fù)3的步驟。四、實(shí)驗(yàn)報