PID调节器参数整定分析

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：CommandWindows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，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

2、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(10，16116)；P=0.1：0.1：fori=1：length(P)G_c=feedback(P(i)*G，1)；step(G_c)，holdonend2%比例积分控制G=tf(10，16116)Kp=1；Ti=0.8：0.2：1.6；fori=1：length(Ti)G=tf(10，16116)；P=0.1：0.1：fori=1：length(P)G_c=feedback(P(i)*G，1)；step(G_c)，holdonend2%比例积分控制G=tf(10，161

3、16)Kp=1；Ti=0.8：0.2：1.6；fori=1：length(Ti)Gc=tf(Kp*1，1/Ti(i)，1，0)；1；%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G_c=feedback(G*Gc，1)；step(G_c)，holdon%阶跃响应曲线3%比例、积分、微分控制G=tf(10，16116)%系统传递函数Kp=1；Ti=06；Td=0.1：0.2：2；%Kp、Ti一定，不同Td的输入fori=1：length(Td)Gc=tf(Kp*Ti*Td(i)，Ti，1/Ti，1，0)；%分别计算不同Td的系

4、统参数G_c=feedback(G*Gc，1)；step(G_c)，holdon%阶跃响应曲线end4%P、PI、PID三种控制策略G=tf(10，110355024)；%系统传递函数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)；ste

5、p(G_c1)；holdon%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：functionGc,Kp,Ti,Td,H=ziegler(key,vars)Ti=;Td=;H=;iflength(vars)=4,K=vars(1);L=vars(2);T=vars(3);N=vars(4);a=K*L/T;ifkey=1,Kp=1/a;%P控制器elseifkey=2,Kp=0.9/a;Ti=3.33*L;%PI控制器elseifk

6、ey=3%PID控制器Kp=1.2/a;Ti=2*L;Td=L/2;endelseiflength(vars)=3,K=vars(1);Tc=vars(2);N=vars(3);ifkey=1,Kp=0.5*K;elseifkey=2,Kp=0.4*K;Ti=0.8*Tc;elseifkey=3Kp=0.6*K;Ti=0.5*Tc;Td=0.12*Tc;endelseiflength(vars)=5,K=vars(1);Tc=vars(2);rb=vars(3);pb=pi*vars(4)/180;N=vars(5);Kp=K*rb*cos(pb);ifkey=2,Ti=-Tc/(2*pi*t

7、an(pb);elseifkey=3Ti=Tc*(1+sin(pb)/(pi*cos(pb);Td=Ti/4;endendswitchkeycase1,Gc=Kp;case2,Gc=tf(Kp*Ti,1,Ti,0);case3nn=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，零阶保持器的作用和采样时间间隔对Ts对系统稳定性的影响二、实验步骤开机执行程序，用鼠标双击图标，进入MATLAB命令窗口：CommandWindows在CommandWindo

8、ws窗口中输入：simulink，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。ScopeScope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模块在mathoperations库中scope模块在sinks库中transferfen模块在continuous库中z

9、ero-orderhold模块在discrete库中ORGPUSHPUSHMOV0050HACCPSW30H，#33H;保护现场MOV31H，#31HMOVA，30H；YnACLRCSUBBA，31H；求YnYn-1JNCLP0；YnYn-1>0吗？CPLAADDA，#01HLP0:CLRCCJNEA，#01H，LP2；YnYn-1>Ay?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-132HLP3:POPPSW;恢复现场POPACC本例设为03H，程序框图如图1所示程序清单:实验三程

10、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。二、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。若小于或等于厶y，则表明没有受到干扰，本次采样值有效。例如，当前采样值存30H，上次采样值存31H，结果存32HOy根据经验确定,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。在调试过程中，分别对3

11、0H、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、实验内容一次采集的数据存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Ri,第二次采集的数据存R2,第三次采集的数据存R3,中间值存Ro程序清单如下:MOVR1,#11HMOVR2,#12HMOVR3,#13HPUSHPSWPUSHAMOVA，R1CLRCSUBBA，R2；JNCLOB01MOVA

12、，R1XCHA，R2MOVR1，AMOVA，R3CLRCSUBBA，R1JNCLOB03MOVA，R3CLRCSUBBA，R2JNCLOB04MOV32H，APOPAPOPPSWRETMOVA，R1MOV32H，AAJMPLOB02MOVA，R3MOV32H，AAJMPLOB02ENDORG0050HLOB01:LOB02:LOB03:LOB04:调试过程中，首先分别对;保护PSW、A;第1次采集的数据送A;第1次采集数大于第2次采集数?;第1、2次采集数互换；第3次采集数大于第1次采集数？;第3次采集数大于第2次采集数则转;恢复现场R1、R2、R3三个寄存器赋值，例如（R1）=24H,（R2

13、）=30H,(R3)=2CH，程序运行结束后，(RO)=R0中数值的变化。重新对R1、R2、R3三个寄存器赋值，观察(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，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,

14、#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CLRA;清累加器ENDLOOP:ADDA,R0;两数相加;无进位，转NEXT;有进位，进位位加1JNCINCNEXT7FHNEXT:INC；R0;数据指针加1DJNZR7,LOOP;未加完，继续加MOVR7,#03H;设置循环次数DIVIDE:MOVR6,A;保存累加器中的内容