PID控制控制仿真实验

1、本科实验报告填写说明1.学员完成人才培养方案和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 X29.7cm )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，英文和阿拉伯数 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，第一级标题字号为4号， 其余各级标题为

2、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。、实验目的1.能够建立和使用MATLAB平台的Simulink仿真环境;2 .能够进行数字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GpW)二给定：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Pk、积分时间常数iT

3、、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 =0.02 s，仿真时间为10s。(1)用MATLAB的仿真工具Simulink进行参数整定并仿真，其框图为bp十十辱7->示液器1-$ + 1图1-1小延迟对象仿真框图注意：Simulink中的离散环节都自带有采样器(输入端)和零阶保持器(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'十1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

4、1.05，数字比例控制的采样周期为min T =0.1 s,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%，查看上述两个不同被控对象的闭环控制系统输出的跟踪效果。二“十妇二心*1-二 T$ + 1示波器图1*2大延迟对象仿真框图三、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。Flfv Nil：討FizjpordonalCcntFol的）Z

5、erole TransportDelay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 =0.02 s，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。Ker = ？;Tcr = ？;T = 0.014*T er;%原始值kp = 0.63*Kcr;Ti = 0.49*Tcr;Td = 0.14*T cr;k

6、i = kp *T/Ti;kd = kp *Td/T;b0 = kp+ki+kd;b1 = -(k p+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%，查看控 制系统输出的跟踪效果。如下图所示。07*日TransportDelay2 .对大延迟被控对象进行参数整定，重复上述步骤。P/D Control数字比例控制的采样周期为mi n T =0

7、.1 s，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Ker =8.12Tcr =1.65kp = 0- Z4«Icr: I Ti = D” SOiiTcr;参数整定:跟踪方波:Id = 0+ a'0 0 5*Icr：71 = 0,9U«rer:Id = 0.O：-rcT：七、实验分析B3沁一a 3丘Mj：j 祥勺整理. OtFs 1i ： TR®心IF心L、蔬八、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参数和跟踪方波实验时，要注意调整三个参数的方法，应当是根据参数对图像的影响趋势调整，而不是随意选取值。九、源程序.mKer =8.12;Ter =1.65;T = 0.014*T er