先进控制实验(直流伺服系统PID控制)

专业实验报告实验名称先进控制理论实验（直流伺服系统）实验时间2015-6-18姓名XXX学号XXXXXXX简略实验内容、装置简图、实验过程及结果等：一、实验目的1.了解直流伺服试验系统；2.掌握直流伺服实验系统的实验建模方法；3.掌握PID控制器的设计与调节方法。二、实验仪器设备1.安装有matlab的PC机一台；2.直流伺服系统控制实验平台一套。三、实验原理1.由于开环控制系统控制的精度低，不能抑制外界的干扰，对元件特性变化敏感，因此，通常需要采用反馈控制。直流伺服系统是通过光电编码器来实现反馈的；有了输入和反馈，当响应曲线不能满足期望指标时，就需要设计控制器。2.在设计控制器时，本实验是通过测定系统开环响应，辨识出开环系统的传递函数模型，然后利用SISOTOOL整定PID的参数，再对实际系统进行实验验证与控制器参数的调整。四、实验内容1.熟悉matlab仿真环境(1)掌握matlab的基本操作，如新建/保存/导入m文件及mdl文件，查看工作空间，了解matlab基本的指令等。(2)在simulink中新建mdl文件，熟悉基本的仿真模块的使用，对其参数进行相应的修改，搭建基本的仿真系统。(3)保存搭建好的系统并运行，双击Scope模块，得到仿真曲线，能对仿真的精度及时间进行相应修改，能将Scope输出的变量保存到工作空间中再绘制曲线图。注意文件名保存时必须以字母开头，并只含有字母/数字/下划线。2.直流伺服实验系统的实时控制和模型辨识(1)打开直流伺服系统控制平台电控箱上的电源按钮；将matlab菜单栏的当前路径指向MotorControlSystem.mdl所在文件夹，打开MotorControlSystem.mdl，如下图所示：3、管路敷设技术通1过管线敷设技术0不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题22，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程1中，要加强看护1关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置.保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。4、电气课件中调试技术对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。5、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。(2)点击编译程序，成功后连接程序并运行，电机开始转动，运行5秒钟左右，停止程序。(3)双击打开示波器Scope，观察加入2000rpm的阶跃信号时直流伺服电机转速相应曲线，将曲线对应的数据导入matlab工作空间中，再保存到Excel表中，方便提取数据进行系统辨识。(4)参考文献“位置伺服系统中伺服电机的实验建模”或用系统辨识工具箱，辨识直流伺服电机的数学模型。3.PID控制器的设计与调节方法(1)在matlab命令窗口中输入直流伺服电机的模型；(2)在matlab命令窗口中键入“SISOTOOL”，打开设计界面，在界面中使用“File|Import”命令导入被控对象模型；(3)通过在原点添加一个极点，左半平面添加一对零点，使补偿器C为PID的形式；拖拽SISO界面添加的零极点，同时观察单位阶跃输入时的闭环响应曲线，寻找合适的P、I、D参数。(4)通过补偿器表达式计算出用于控制直流伺服电机的P、I、D参数。4.PID模块的封装(1)在之前所打开的MotorControlSystem.mdl文件中搭建PID模块并对其进行封装，PID模块如下图：(2)将封装的PID模块连接加到被测系统前，并形成反馈回路，如下图所示：(3)双击打开PID模块，即可设置实验内容3所获得的P、I、D参数。5.PID控制效果检验(1)建立控制系统,由于电机最高转速3000rpm，因此，阶跃信号不可太大或太小，以1000~2000rpm为宜，本实验取2000rpm。(2)依次编译、连接、运行程序，电机开始转动，任其运行10s左右，然后停止程序；(3)打开示波器，观察加入2000rpm的阶跃信号时直流伺服电机转速响应曲线，测量并记录超调量，峰值时间，调节时间，填入实验记录表中。ptst(4)检验系统性能指标是否达到：、、稳态误差为0。若所测的性能指标达到了要1.5sts4.3%求，则P、I、D参数则有效，否则回到实验内容2辨识数学模型和（或）实验内容3重新求取用于控制直流伺服电机的P、I、D参数，然后用实验内容5予以检验，直到达到性能指标为止。3、管路敷设技术通1过管线敷设技术0不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题22，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程1中，要加强看护1关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置.保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。4、电气课件中调试技术对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。5、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。五、实验数据1.直流伺服系统辨识结果(1)利用文献得到开环系统的一阶辨识模型的传递函数为：，将此模型的阶跃响应117.01)(ssG曲线与实验的响应曲线相对比，有一定差距，因此考虑二阶辨识模型。(2)用matlab系统辨识工具箱得二阶辨识模型的传递函数为：。1167.000694.01)(2sssG接下来控制器的设计采用的是二阶的辨识模型。2.PID参数整定在SISODesignTool界面中通过拖拽添加的零极点与增益大小，观察单位阶跃输入闭环响应曲线与开环系统的bode图，寻找到合适的P、I、D参数。如图1为选取合适补偿器的参数，对应的SISO设计界面图以及单位阶跃响应分别如图2和图3所示。因为PID的形式为：，所以，由图1补偿器的sKsKsKsKsKKsCIPDDIPPID21)(选取可确定PID的参数为：、、。5.0PK5IK0125.0DK图1选取合适补偿器的参数图2选取合适补偿器参数的SISO界面图图3加补偿器后的阶跃响应曲线3.PID控制效果检验将设计好的PID控制器参数设定到闭环系统中，阶跃信号取2000rpm，依次编译、连接、运行程序。图4为加控制器与否的闭环响应曲线对比图，其中下面那根曲线为加控制器前的，上面那根为加PID控制器后的响应曲线；图5为辨识模型与实际系统的闭环响应曲线对比图，其中平滑的为辨识模型的闭环响应曲线，带毛刺的为实际系统的闭环响应曲线；实验结果记录表如下表1所示。3、管路敷设技术通1过管线敷设技术0不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题22，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程1中，要加强看护1关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置.保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。4、电气课件中调试技术对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。5、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。图4校正前后闭环响应曲线图5辨识模