北京理工大学自动控制理论实验报告四

自动控制理论实验报告（四）---数字PID控制实验班级:姓名:学号:自动控制理论实验报告一．实验目的1.了解数字PID控制的特点，控制方式。2．理解和掌握连续控制系统的PID控制算法表达式。3．了解和掌握用试验箱进行数字PID控制过程。4．观察和分析在标PID控制系统中，PID参数对系统性能的影响。二．实验原理1.数字PID控制一个控制系统中采用比例积分和微分控制方式控制，称之为PID控制。数字PID控制器原理简单，使用方便适应性强，可用于多种工业控制，鲁棒性强。可以用硬件实现，也可以用软件实现，也可以用如见硬件结合的形式实现。PID控制常见的是一种负反馈控制，在反馈控制系统中，自动调节器和被控对象构成一个闭合回路。模拟PID控制框图如下：输出传递函数形式：()1()()pidUsDsKKKsEss其中Kp为调节器的比例系数，Ti为调节器的积分常数，Td是调节器的微分常数。2．被控对象数学模型的建立（1）建立模型结构在工程中遇到的实际对象大多可以表示为带时延的一阶或二价惯性环节，故PID整定的方法多从这样的系统入手，考虑有时延的单容被控过程，其传递函数为：0001()1sGsKeTSKKU(s)u(t)E(s)c(t)Kp自动控制理论实验报告这样的有时延的单容被控过程可以用两个惯性环节串联组成的自平衡双容被控过程来近似，本实验采用该方式作为实验被控对象，如图3-127所示。001211()11GsKTSTS（2）被控对象参数的确认对于这种用两个惯性环节串联组成的自平衡双容被控过程的被控对象，在工程中普遍采用单位阶跃输入实验辨识的方法确认T0和τ，以达到转换成有时延的单容被控过程的目的。单位阶跃输入实验辨识的原理方框如下图所示。对于不同的T1、T2和K值，得到其单位阶跃输入响应曲线后，由010()0.3()YtY和020()0.7()YtY得到1t和2t，再利用拉氏反变换公式得T0=)](1ln[)](1ln[201012tytytt=8473.012tt)](1ln[)](1ln[)](1ln[)](1ln[2010201102tytytyttyt=8473.03567.0204.121tt3．采样周期的选择采样周期选择0.05s。4．数字PID调节器控制参数的工程整定方法虽然PID调节可全面、综合的考虑系统的各项性能，但在工程实际中，考虑到工程造价和调节器的易于实现，长采用PID三个参数来对系统进行校正。等效有时延单容被控对象的参数0T和τ，利用科恩库恩经验公式，可求得比例，比例-积分，比例-积分-微分的参数。1001[1.35(/)0.27]pKTK自动控制理论实验报告200002.5(/)0.5(/)10.6(/)iTTTTTTd=T0×)/(2.01)/(37.000TT三．实验内容及步骤1、确立被控对象模型结构此次实验采用两个惯性环节串接组成实验被控对象，参数如下：2s1.0s1021KTT，，seSTKssSG1111.0211)(0002、被控对象参数的确认利用Matlab中的Simulink仿真连接电路如下：3、求得数字PID调节器控制参数及确定采样周期为0.05s。4、数字PID闭环控制系统实验数字PID闭环控制系统的构成如下图所示。此次实验将函数发生器作信号发生器，自动控制理论实验报告矩形波输出施加于被测系统的输入端Ui，观察矩形波从0V阶跃到+2.5V时被测系统的PID控制特性。①根据Simulink得到t1=0.46875，t2=1.3125，计算得T9958.00，1135.0，K0572.6p，T2716.0i，T0411.0d，此时连接电路得到的波形如下：②修正PID参数后K6p，T15i，T06.0d，得到较稳定的波形如下：自动控制理论实验报告此时超调量M%25p。四．实验表格传递函数为11.0211)(0ssSGT0τTKpTiTdMptp理论值0.99580.11350.056.05720.27160.041195.72%0.364实际值6150.0617.14%0.289五．实验总结通过本次学习学会了通过对PID系数的控制来调节系统的稳定性。