数字PID控制算法及Matlab仿真

数字PID控制算法及Matlab仿真一.实验目的：1.学习数字PID算法的基本原理。2.学习数字PID调节器参数调节方法。二.实验属性及设备：验证性实验，使用电脑及相关专业软件。三.实验原理：1.概述首先建立数字PID直流电机控制模型，然后用Matlab的LTI状态分析工具箱进行仿真，并绘制转速及控制电压变化图形。图：kkkyre2.位置式数字PID算法公式010j)(ueeKeKeKukkDkkIkPk3.增量式数字PID算法公式)2()(211kkkDkIkkPkeeeKeKeeKukkkuuu14.MatlabLTI工具箱函数（作为了解内容）例：一台150kW直流电动机，额定电压220V，额定转速1000r/min，额定电流700A，Ra=0.05Ω，Ld=2mH，假设负载及电动机转动总惯量GD2=125kg·m2，则：)min/185.0100005.0*700220rVnRIUCNaNNeAmNCCeT/767.155.9sRLTaaa04.005.01023sCCRGDTTeam051.0767.1185.037505.01253752mAkgCCeM18.003.1传递函数为4902526521051.000204.041.51/1)()(222sssssTsTTCsusymmae利用Matlab建立传递函数方法为：sys=tf(270.5,[1,40,50])当采样间隔为ts=0.01s时，则其z变换（离散）传递函数为：dsys=c2d(sys,ts,'z')Matlab输出为(Transferfunction):0.1217z+0.112-----------------------------z^2-1.736z+0.7788Samplingtime:0.01获得分子和分母的函数为：[num,den]=tfdata(dsys,'v')如果电机输入电压状态为uk，输出转速状态为yk。则2121)3()2()3()2(kkkkkunumunumydenydeny5.Matlab绘图：plot(时间数组,y数组,'颜色及标记')表：plot函数标示符色彩说明标记说明r红色.为点。默认为连续线g绿色b蓝色k黑色四.实验内容：1.位置数字PID算法程序clearall;closeall;ts=0.01;%采样时间=0.001ssys=tf(2652,[1,25,490]);%建立被控对象传递函数dsys=c2d(sys,ts,'z');%把传递函数离散化[num,den]=tfdata(dsys,'v');%离散化后提取分子、分母e_1=0%上一偏差Ee=0;%偏差累计u_1=0.0;%上一状态电压u_2=0.0;y_1=0;%上一状态输出y_2=0;kp=;%PID参数ki=;%;kd=;%;fork=1:100time(k)=k*ts;%时间参数r(k)=500;%给定值y(k)=-1*den(2)*y_1-den(3)*y_2+num(2)*u_1+num(3)*u_2;e(k)=r(k)-y(k);%偏差u(k)=kp*e(k)+ki*Ee+kd*(e(k)-e_1);ifu(k)220u(k)=220;endifu(k)=0u(k)=0;endEe=Ee+e(k);u_2=u_1;u_1=u(k);y_2=y_1;y_1=y(k);e_2=e_1;e_1=e(k);endholdon;plot(time,r,'r',time,y,'b',time,u,'r');%[kp,ki,kd]2.增量数字PID算法程序依据上述方法自己编写增量式PID算法程序。3.程序调试好后，分别改变KP、KI和KD参数值，看输出图形有何变化，理解PID控制中比例、积分和微分对控制系统的作用。图：4.程序中可加入如下语句ifk50r(k)=400;elser(k)=800;end然后观察连续调速时图形变化的情况。图：五.实验要求：复习理解数字PID控制算法，及matlab使用方法，编制位置式和增量式算法控制程序。