2022年PID控制仿真实验.pdf

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1、PID 控制仿真实验本科实验报告填写说明1.学员完成人才培养方案与课程标准要所要求的每个实验后,均须提交实验报告。2.实验报告封面必须打印 ,报告内容可以手写或打印。3.实验报告内容编排及打印应符合以下要求: (1)采用 A4(21cm 29.7cm)白色复印纸 ,单面黑字打印。上下左右各侧的页边距均为 3cm;缺省文档网格 :字号为小 4 号,中文为宋体 ,英文与阿拉伯数字为Times New Roman,每页 30行,每行 36 字;页脚距边界为 2.5cm,页码置于页脚、居中 ,采用小 5 号阿拉伯数字从 1 开始连续编排 ,封面不编页码。(2)报告正文最多可设四级标题 ,字体均为黑体

2、,第一级标题字号为 4 号,其余各级标题为小 4 号;标题序号第一级用 “ 一、” 、“ 二、” ,第二级用 “ (一)” 、“ (二)” ,第三级用 “1 、” 、“2 、”,第四级用 “ (1)” 、“ (2)” ,分别按序连续编排。(3)正文插图、表格中的文字字号均为5号。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - - PID 控制仿真实验一、实验目的1.能够建立与使用 MATLAB 平台的 Simulink 仿真环境 ; 2.能够进行数字

3、 PID 控制的计算 ; 3.能够进行数字 PID 控制的参数整定 ; 4.能够描述大延迟被控对象对PID 控制的影响。二、实验内容给定:被控对象为,为一小纯滞后对象 ,输入为单位阶跃信号 r( t ) 1( t )。要求:应用扩充临界比例度法整定数字PID 控制器的四个控制参数:采样周期T 、比例系数 p k 、积分时间常数 i T 、微分时间常数 d T ,并从图形上计算上升时间 r t 、超调量 p M 以及调整时间 s t 。控制度选为 1、05,数字比例控制的采样周期为 min T =0、02s,仿真时间为 10s。（1） 用 MATLAB 的仿真工具 Simulink 进行参数整定

4、并仿真 ,其框图为注意:Simulink 中的离散环节都自带有采样器 (输入端)与零阶保持器(输出端);后缀为 m 命令文件名不能与后缀为mdl 仿真框图文件名相同,否则 m 文件不会执行。(2)如果被控对象为大纯滞后对象。请重复上述步骤 ,并比较两个被控对象 PID 控制器的控制效果。 控制度选为 1、05,数字比例控制的采样周期为min T =0、1s,仿真时间为 100s。(3)现在参考输入改为方波信号 ,幅值为 1,周期为 2 秒(20 秒),占空比为 50%,查精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - -

5、- - -第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - - PID 控制仿真实验瞧上述两个不同被控对象的闭环控制系统输出的跟踪效果。三、实验设计写出自己的设计思路 ;画出电路图 ;画出流程图。四、实验器材MATLAB 矩阵实验室 2013a,WINDOWS7 环境。五、实验步骤1.对小延迟被控对象进行参数整定(1)数字比例控制利用 Simulink 画出 PID 数字比例控制方框图 ,如下图所示。控制器仅为数字比例控制 ,数字比例控制的采样周期为mi n T =0、02s,仿真时间为 10s。(2)求临界增益 cr k 、临界周期 cr T 从零开始增加 p k 值,直到系统输出

6、出现等幅振荡 ,此时 p k 值记为 cr k ,相应的振荡周期 cr T 记为临界周期。(3)查表计算精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - - PID 控制仿真实验示波器选择控制度为 1、05,查表确定 PID 参数值 T、p k 、Ti、Td;编写 PID 参数计算 m 文件,计算出 b0,b1,b2 。m 程序如下。Kcr =？; Tcr =？; T = 0、014*Tcr; % 原始值kp = 0、63*Kcr; Ti = 0、49

7、*Tcr; Td = 0、14*Tcr; ki = kp*T/Ti; kd = kp*Td/T; b0 = kp+ki+kd; b1 = -(kp+2*kd); b2 = kd; (4)观察控制效果利用 Simulink 画出 PID 数字控制方框图 ,如下图所示。运行 PID 控制,观察控制效果 (上升时间、超调量、调整时间 )。(4)微调参数微调参数 p k 、Ti、Td,使控制效果更满意。(5)跟踪方波现在参考输入改为方波信号 ,幅值为 1,周期为 2 秒,占空比为 50%,查瞧控制系统输出的跟踪效果。如下图所示。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - -

8、 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - - PID 控制仿真实验2.对大延迟被控对象进行参数整定 ,重复上述步骤。数字比例控制的采样周期为mi n T =0、1s,仿真时间为 100s。方波信号 , 幅值为 1,周期为 20 秒,占空比为 50%。六、实验数据Kcr =8、12 Tcr =1、65 参数整定 :跟踪方波 :七、实验分析精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 8 页 - - - - - - -

9、 - - - PID 控制仿真实验精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - - PID 控制仿真实验。八、问题与建议1、在做第一个实验时需要调制系统至等幅振荡的图像输出,在调节时 ,应当注意使用放大工具 ,载波等幅振荡情况更为准确。整定KP 时选用二分查找的思路要快捷很多。2、在整定 PID 参数与跟踪方波实验时 ,要注意调整三个参数的方法 ,应当就是根据参数对图像的影响趋势调整 ,而不就是随意选取值。九、源程序*、m Kcr =8、12; T

10、cr =1、65; T = 0、014*Tcr; % 原始值kp = 0、68*Kcr; Ti = 0、90*Tcr; Td = 0、02*Tcr; 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - - PID 控制仿真实验ki = kp*T/Ti; kd = kp*Td/T; b0 = kp+ki+kd; b1 = -(kp+2*kd); b2 = kd; 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - - -