實驗三數(shù)字PID控制器編程算法的實現(xiàn)

1、AP0704225孫凱杰實驗三 數(shù)字PID控制器編程算法的實現(xiàn)在SIMULINK 動態(tài)仿真環(huán)境中，分別利用Continuous和Math Operations TOC o 1-5 h z 器件庫中的元件，建立下圖閉環(huán) PID數(shù)字控制仿真系統(tǒng)，分別驗證位置式PID算式中T ktu(k) Kp e(k) e(j) De(k) e(k 1)l| j 0I比例系數(shù) KP對系統(tǒng)性能的影響；積分時間常數(shù)TI對系統(tǒng)性能的影響；微分時間常數(shù)TD對系統(tǒng)性能的影響；采樣周期T對系統(tǒng)性能的影響。要求用輸入輸出波形及靜態(tài)誤差波形分別驗證上述實驗結(jié)果。設(shè)被控對象傳遞函數(shù)為：G(s)= 1/(s2+1.6s+1)系統(tǒng)仿真

2、模型如下：靜態(tài)誤差模型:系統(tǒng)程序程序如下: function y=DPID(x) global Nglobal Kpglobal Tglobal Tiglobal Tdglobal ee(N)=x;u=0;for i=1:N u=u+e(i);endy=Kp*x+(Kp*T)/Ti*u+(Kp*Td)/T*e(N)-e(N-1);for i=1:N-1e(i)=e(i+1);end初始化程序如下:先取參數(shù)如下：Kp = 60 N = 100 T = 0.0001 TD = 0.2 Ti = 0.01function y=DPIDcshglobal Nglobal Kpglobal Tgloba

3、l Tiglobal Tdglobal eKp=60N=100T=0.0001Td=0.2Ti=0.01for i=1:N-1e(i)=0;end(一)分析比例系數(shù)KP對系統(tǒng)性能的影響：取 KP=60取 KP=30:圖1輸入信號圖2輸出圖形圖3靜態(tài)誤差圖形圖4輸出波形圖5靜態(tài)誤差圖形取 Kp=90圖6輸出波形圖5靜態(tài)誤差圖形分析： 由上不同Kp值得到的仿真結(jié)果可知：比例系數(shù)加KP大，使系統(tǒng)的動作靈敏，速度加快。KP偏大，則振蕩次數(shù)增加，調(diào)節(jié)時間加長。KP太大，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定。KP太小，乂會使系統(tǒng)動作緩慢。對穩(wěn)態(tài)特性的影響加大比例系數(shù) KP，在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，可以減少穩(wěn)態(tài)誤差 ess,提高控

4、制精 度。但加大KP只是能夠減少穩(wěn)態(tài)誤差 ess，不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差ess。（二）分析積分時間常數(shù)TI對系統(tǒng)性能的影響:取 Ti=0.01圖6輸出波形圖7靜態(tài)誤差圖形取 Ti=0.1圖8輸出波形圖9靜態(tài)誤差圖形取 Ti=0.001圖13靜態(tài)誤差圖形取 Td=1圖10輸出波形圖11靜態(tài)誤差圖形分析： 由上不同Ti值得到的仿真結(jié)果可知： 對動態(tài)特性的影響TI太小時，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。TI偏小，則系統(tǒng)振蕩次數(shù)較多。TI太大時，對系統(tǒng)性能的影響減少。當(dāng)TI合適時，過渡過程的特性則比較理想。 對穩(wěn)態(tài)誤差的影響積分控制能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 ess，提高控制系統(tǒng)的控制精度。 但若TI太大時，積分作用太弱，以至

5、不能減少穩(wěn)態(tài)誤差 ess。（三）分析微分時間常數(shù)TD對系統(tǒng)性能的影響:取 Td=0.2圖12輸出波形圖14輸出波形圖15靜態(tài)誤差圖形取 Td=10取 T=0.0001取 T=0.0001圖16輸出波形圖17靜態(tài)誤差圖形分析： 由上不同Td值得到的仿真結(jié)果可知： 微分控制可以改善動態(tài)特性，如超調(diào)量減少，調(diào)節(jié)時間縮短，允許加大比 例控制，使穩(wěn)態(tài)誤差減少，控制精度提高。 TD偏大時，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時間較長。TD偏小時，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時間也較長。 當(dāng)TD合適時，可以得到比較滿意的過渡過程。（四）（四）分析采樣周期 T對系統(tǒng)性能的影響：取 T=0.001取 T=0.001圖18輸出波形圖19靜態(tài)誤差圖形圖20輸出波形圖21靜態(tài)誤差圖形取 Td=0.00005圖