大作业计算机控制技术实验报告基于Matlab的PID控制算法仿真(深圳大学).pdf

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1、深深 圳圳 大大 学学 实实 验验 报报 告告课程名称：课程名称：计算机控制技术计算机控制技术实验项目名称：实验项目名称：基于基于 MatlabMatlab的的 PIDPID控制算法仿真控制算法仿真学院：学院：机电与控制工程学院机电与控制工程学院专业：专业：自动化自动化指导教师：指导教师：杨蓉杨蓉报告人：报告人：.学号：学号：.班级：班级：3 3实验时间：实验时间：2012.5.262012.5.26实验报告提交时间：实验报告提交时间：2012.6.42012.6.4教务部制教务部制实验目的与要求：（一）用 Matlab 的仿真工具 Simulink 分别做出数字 PID 控制器的两种算法（位

2、置式和增量式）进行仿真；（二）被控对象为一阶惯性环节 D(s)=1/(5s+1)；（三）采样周期 T=1 s；（四）仿真结果：确定 PID 相关参数，使得系统的输出能够很快的跟随给定值的变化，给出例证，输入输出波形，程序清单及必要的分析。方法、步骤：（一）位置式：（1）列出算法表达式；（2）列出算法传递函数；（3）建立 Simulink 模型；（4）准备工作：双击step，将 sample time 设置为 1 以符合采样周期 T=1 s 的要求；选定仿真时间为 500；（5）仿真完毕、运行。（二）增量式：（1）列出算法表达式；（2）列出算法传递函数；（3）建立 Simulink 模型；（4）

3、准备工作：分别双击 step、Integer Delay，将 sample time 设置为 1 以符合采样周期 T=1s；选定仿真时间为 50；（5）仿真完毕、运行。实验过程及内容：（一）位置式：（1）列出算法表达式：位置式 PID 控制算法表达式为：（2）列出算法传递函数：（3）建立 simulink 模型：（4）准备工作：双击 step，将 sample time 设置为 1 以符合采样周期 T=1 s 的要求；选定仿真时间为 500。第一步是先获取开环系统的单位阶跃响应，在 Simulink中，把反馈连线、微分器、积分器的输出连线都断开，并将Kp的值置为 1，调试之后获取响应值。再连上

4、反馈线，再分别接上微分器、积分器，仿真，调试仿真值。（二）增量式：（1）列出算法表达式：增量式 PID 控制算法表达式为：（2）列出算法传递函数：（3）建立 simulink 模型：（4）准备工作：双击 step，将 sample time 设置为 1 以符合采样周期 T=1 s 的要求；选定仿真时间为 500。第一步是先获取开环系统的单位阶跃响应，在 Simulink中，把反馈连线、微分器、积分器的输出连线都断开，并将Kp的值置为 1，调试之后获取响应值。再连上反馈线，再分别接上微分器、积分器，仿真，调试仿真值。数据处理分析：（一）位置式：1.P1.P 控制整定控制整定仿真运行完毕，双击“s

5、cope”得到下图将 Kp 的值置为 0.5，并连上反馈连线。仿真运行完毕，双击“scope”得到下图效果不理想，再将 Kp 的值置为 0.2，并连上反馈连线。P 控制时系统的单位阶跃响应图如下：2.PI2.PI 控制整定控制整定（比例放大系数仍为 Kp=0.2）经多次输入 Ki的值，发现 Ki=1 时，系统的输出最理想，选定仿真时间，仿真运行，运行元毕后.双击 Scope 得到以下结果3.PID3.PID 控制整定控制整定经多次输入调试，Kd 的值置为 0.5 时，系统能最快地趋向稳定。双击 scope 可得：从上面三张图可以看出.PI、PID 控制二者的响应速度基本相同，且系统稳定的输出值

6、也相同。Kp、Ki、Kd 分别取 0.2、1、0.5。（二）增量式：1.1.对对 P P控制整定控制整定仿真运行完毕，双击“scope”得到下图将 Kp 的值置为 2.5，并连上反馈连线。P 控制时系统的单仲阶跃响应图如下：无论如何更改 Kp 的值，都是呈现出下坡趋势。2.2.对对 PIPI 控制整定控制整定（比例放大系数仍为 Kp=0.25）经多次输入 Ti 的值，发现 Ki=0.3 时，系统的输出最理想。仿真运行完毕后.双击 Scope 得到以下结果，如下图：3.3.对对 PIDPID 控制整定控制整定当 Kd 的值置为 3 时，如下图由图可得，系统非常不稳定。将 Kd 的值置为 0.5，

7、双击 scope 可得：继续调节，将 Kd 的值置为 0.3，双击 scope。虽然 Kp 在等于 0.5 跟 0.3 时，图像相差不大，但很明显当Kp 置为 0.3 时，系统能够更快地趋向平衡，因此取 Kp 为 0.3.从上面三张图可以看出.P 调节下最不稳定，而 PID 控制下，系统最稳定，且调节时间最短。Kp，Ki，Kd 分别取 2.5、0.3、0.3。实验结论：通过这次实验可以得出，不同形式的 PID 控制说所达到的效果是不同的，这将便于我们根据系统具体的情况去做出相应的调整，用最少的路径去达到系统的稳定平衡。对于位置式的 P、PI、PID 控制，P 控制的系统难以到达稳定状态，所需要的时间很长。而 PI 控制与 PID 控制到达稳定状态的能力基本相同；对于增量式的 P、PI、PID 控制，P 控制同样难以达到稳定状态，一直呈现下降趋势。PI 控制相比于 PID 控制，PI 控制同样也能通过调节使得系统达到平衡状态，但 PID控制的系统呈现出更快，更精准的稳定趋势。指导教师批阅意见：成绩评定：指导教师签字：年月日备注：注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后 10 日内。