PID调器参数整定分析

1、计算机控制技术实验指导书（软件部分）编写：唐红雨 黄海峰镇江高等专科学校电子信息系2007年 3 月目录实验一 PID 调节器参数整定分析 2实验二采样控制系统分析 4实验三程序判断滤波 5实验四中值滤波 6实验五平均值滤波 8实验PID 调节器参数整定分析一、实验目的设计 MATLAB 的 M 文件，用来实现 PID 调节器的功能，分析 Kp 、Kd 、Ki 三个参数对 系统性能的影响。二、实验步骤 开机执行程序，用鼠标双击图标进入 MATLAB 命令窗口： Command Windows 新建 M-file ，然后，输入设计好的程序。调试，检查错误，然后运行。 观察系统对不同参数的相应曲线

2、，分析其原因。三、实验要求1、实验之前，查阅有关资料，编写好相应的程序。2、认真做好仿真记录四、实验报告要求 叙述 Kp 、Kd、Ki 三个参数对系统性能的影响。附程序：1 % 比例控制G=tf(10，1 6 11 6)；P=0.1： 0.1： for i=1 ：length(P) G_c=feedback(P(i)*G，1)； step(G_c)， hold on end1；%传递函数， Kp 变化范围%系统反馈%单位阶跃输入%系统传递函数%Kp 一定，不同 Ti 的输入%分别计算不同 Ti 的系统参数%阶跃响应曲线%系统传递函数%Kp 、Ti 一定，不同 Td 的输入%分别计算不同 Td

3、的系统参数%阶跃响应曲线%系统传递函数2 % 比例积分控制G=tf(10 ，1 6 11 6)Kp=1；Ti=0.8：0.2：1.6；for i=1 ：length(Ti)Gc=tf(Kp*1 ，1/Ti(i) ，1 ，0)；G_c=feedback(G*Gc， 1)； step(G_c)， hold on 3 % 比例、积分、微分控制G=tf(10 ，1 6 11 6) Kp=1；Ti=06；Td=0.1：0.2：2； for i=1 ：length(Td)Gc=tf(Kp*Ti*Td(i) ，Ti， 1/Ti ，1，0)； G_c=feedback(G*Gc， 1)；step(G_c)，

4、hold on end 4 %P 、PI、PID 三种控制策略G=tf(10 ，1 10 35 50 24)；Kc，pp，wg，wp=margin(G) ；Tc=2*pi/wg ；%计算系统开环增益和剪切频率Gc1, Kp1=ziegler(1 , Kc , Tc, 10); Gc1%调用自定义 ziegler 函数，P 控制Gc2， Kp2， Ti2=ziegler(2， Kc， Tc， 10)； Gc2%PI 控制Gc3, Kp3, Ti3, Td3=ziegler(3, Kc, Tc, 10)； Gc3 %PID 控制 G_c1=feedback(G*Gc1, 1)； step(G_c1

5、)； hold on% P 控制,阶跃响应曲线G_c2=feedback(G*Gc2, 1)； step(G_c2)；%PI 控制,阶跃响应曲线G_c3=feedback(G*Gc3, 1)； step(G_c3)；其中 ziegler( )函数如下 ：function Gc,Kp,Ti,Td,H=ziegler(key,vars)Ti= ; Td= ; H= ;if length(vars)=4,K=vars(1); L=vars(2);T=vars(3); N=vars(4); a=K*L/T;if key=1,Kp=1/a; %P 控制器elseif key=2, Kp=0.9/a; T

6、i=3.33*L;%PI 控制器elseif key=3 %PID 控制器Kp=1.2/a; Ti=2*L; Td=L/2;endelseif length(vars)=3,K=vars(1); Tc=vars(2); N=vars(3);if key=1, Kp=0.5*K;elseif key=2, Kp=0.4*K; Ti=0.8*Tc;elseif key=3Kp=0.6*K; Ti=0.5*Tc; Td=0.12*Tc;endelseif length(vars)=5,K=vars(1); Tc=vars(2);rb=vars(3); pb=pi*vars(4)/180;N=vars

7、(5); Kp=K*rb*cos(pb);if key=2,Ti=-Tc/(2*pi*tan(pb);elseif key=3Ti=Tc*(1+sin(pb)/(pi*cos(pb);Td=Ti/4;endendswitch keycase 1, Gc=Kp;case 2, Gc=tf(Kp*Ti,1,Ti,0);case 3nn=Kp*Ti*Td*(N+1)/N, Kp*(Ti+Td/N), Kp;dd=Ti*Td/N,1,0; Gc=tf(nn,dd);end实验二采样控制系统分析一、实验目的考察连续时间系统的采样控制中，零阶保持器的作用与采样时间间隔对 Ts对系统稳 定性的影响二、实验步

8、骤开机执行程序，用鼠标双击图标，进入 MATLAB命令窗口： Comma nd Win dows 在Comma nd Win dows窗口中输入：simuli nk，进入仿真界面，并新建 Model文件 在Model界面中构造连续时间系统的结构图。作时域仿真并确定系统时域性能指标。带零阶保持器的采样控制系统如下图所示。作时域仿真，调整采样间隔时间Ts，观察对系统稳定性的影响。三、实验要求（1）按照结构图程序设计好模型图，完成时域仿真的结构图（2）认真做好时域仿真记录 四、实验报告要求（1）叙述零阶保持器的作用（2）讨论采样时间间隔Ts对系统的影响附: step模块在 sources库中 sum

9、模块在 math operations库中 scope模块在sinks库中 transfer fen模块在 continuous库中 zero-order hold 模块在 discrete 库中实验三 程序判断滤波一、实验目的1掌握数字滤波中程序判断滤波的设计思路和单片机程序实现方法;2、学会使用51汇编集成开发环境调试程序判断滤波；3、学会使用保护现场、恢复现场的方法。、实验内容采样的信号如果因传感器不稳定而引起严重失真时，可以采用程序判断滤波。方法 是：根据经验确定两次采样允许的最大偏差厶 y,若两次采样信号的差值大于 y,表明输入的是干扰信号，应该去掉，用上次采样值作为本次采样值。若小

10、于或等于厶 y，则表 明没有受到干扰，本次采样值有效。本例设为03H，程序框图如图1所示。程序清单：ORG0050HPUSHACC;保护现场PUSHPSWMOV30H， #33HMOV31H，#31HMOVA，30H；Y nf ACLRCSUBBA，31H；求 Yn Yn-1JNCLP0;Yn Yn-1> 0 吗？CPLAADDA，#01HLP0: CLRCCJNEA，#01H，LP2; Yn "> y?LP1: MOV32H，30H;等于y，本次米样值有效AJMPLP3LP2: JCLP1;小于y，转本米样值有效MOV32H， 31H；大于 y, Yn-L 32HLP3

11、: POPPSW;恢复现场POPACC例如，当前采样值存30H，上次采样值存31H，结果存只有当本次采样值小于上次采样值才进行求补，保证 本次采样值有效。32Ho y根据经验确定,在调试过程中，分别对30H、31H置入数值，让两者 差值分别大于、等于、小于 y,注意观察32H中数值的 变化，以及程序的跳转情况。实验四中值滤波一、实验目的1、掌握数字滤波中中值滤波的设计思路和单片机程序实现方法；2、学会使用51汇编集成开发环境调试中值滤波；3、学会使用保护现场、恢复现场的方法。二、实验内容中值滤波就是连续输入3个检测信号，从中选择一个中间值作为有效信号。本例第 一次采集的数据存Ri,第二次采集的

12、数据存R2,第三次采集的数据存R3,中间值存Ro。程序清单如下：ORG0050HMOVR1,#11HMOVR2,#12HMOVR3,#13HPUSHPSW;保护PSW、APUSHAMOVA，R1;第1次采集的数据送ACLRCSUBBA，R2；JNCLOB01;第1次米集数大于第2次米集数？MOVA，R1XCHA，R2;第1、2次采集数互换MOVR1，ALOB01 :MOVA，R3CLRCSUBBA，R1JNCLOB03;第3次米集数大于第1次采集数？MOVA，R3CLRCSUBBA，R2JNCLOB04;第3次米集数大于第2次采集数则转MOV32H，ALOB02:POPA;恢复现场POPPSW

13、RETLOB03:MOVA，R1MOV32H，AAJMPLOB02LOB04:MOVA，R3MOV32H，AAJMPLOB02END调试过程中，首先分别对 R1、R2、R3 三个寄存器赋值，例如（ R1）=24H，（R2） =30H, （R3） =2CH，程序运行结束后，（RO）=重新对R1、R2、R3三个寄存器赋值，观察 R0中数值的变化。（ R0） =注：带下划线的数据可以自行改变。实验五平均值滤波一、实验目的1、掌握数字滤波中均值滤波的设计思路和单片机程序实现方法；2、学会使用51汇编集成开发环境调试中值滤波；3、学会使用保护现场、恢复现场的方法。二、实验内容均值滤波就是连续监测8个数据

14、，分别放在30H-37H中，首先求出8个数的和，放 在R6中，在求出平均值时，采用的方法是移位法，即对和向右移动3次，得到均值。此种方法适用于采样个数为2的幕次方，最后求出的均值放在38H单元。程序清单如下：ORG0050HMOVA, #88HMOV30H,#12HMOV31H,#22HMOV32H,#42HMOV33H,#52HMOV34H,#11HMOV35H,#21HMOV36H,#32HMOV37H,#04HPUSHPSW ;现场保护PUSHAMOV7FH, #00H ；进位位清零，7FH单元存放进位MOVR0, #30H；设置数据存储区首址MOVR7, #08H；设置采样数据个数CLR A7清累加器LOOP: ADD A,R0;两数相加JNCNEXT;无进位，转NEXTINC7FH;有进位，进位位加1NEXT: INC；R0;数据指针加1DJNZR7, LOOP;未加完，继续加MOVR7, #03H;设置循环次数DIVIDE: MOV R6, A;保存累加器中的内容，R6暂存数据M