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文档简介
实验二数字PID控制一、实验目的1.研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。2.研究采样周期T对系统特性的影响。3.研究I型系统及系统的稳定误差。二、实验仪器1.EL-AT-III型计算机控制系统实验箱一台2.PC计算机一台三、实验内容1.系统结构图如3-1图。图3-1系统结构图图中Gc〔s〕=Kp〔1+Ki/s+Kds〕Gh〔s〕=〔1-e-TS〕/sGp1〔s〕=5/〔〔0.5s+1〕〔0.1s+1〕〕Gp2〔s〕=1/〔s〔0.1s+1〕〕2.开环系统〔被控制对象〕的模拟电路图如图3-2和图3-3,其中图3-2对应GP1〔s〕,图3-3对应Gp2〔s〕。图3-2开环系统结构图1图3-3开环系统结构图23.被控对象GP1〔s〕为“0型〞系统,采用PI控制或PID控制,可系统变为“I型〞系统,被控对象Gp2〔s〕为“I型〞系统,采用PI控制或PID控制可使系统变成“II型〞系统。4.当r〔t〕=1〔t〕时〔实际是方波〕,研究其过渡过程。5.PI调节器及PID调节器的增益Gc〔s〕=Kp〔1+K1/s〕=KpK1(〔1/k1〕s+1)/s=K(Tis+1)/s式中K=KpKi,Ti=〔1/K1〕不难看出PI调节器的增益K=KpKi,因此在改变Ki时,同时改变了闭环增益K,如果不想改变K,那么应相应改变Kp。采用PID调节器相同。6.“II型〞系统要注意稳定性。对于Gp2〔s〕,假设采用PI调节器控制,其开环传递函数为G〔s〕=Gc〔s〕·Gp2〔s〕=K〔Tis+1〕/s·1/s〔0.1s+1〕为使用环系统稳定,应满足Ti>0.1,即K1<107.PID递推算法如果PID调节器输入信号为e〔t〕,其输送信号为u〔t〕,那么离散的递推算法如下:u〔k〕=u〔k-1〕+q0e〔k〕+q1e〔k-1〕+q2e〔k-2〕其中q0=Kp〔1+KiT+〔Kd/T〕〕q1=-Kp〔1+〔2Kd/T〕〕q2=Kp〔Kd/T〕T--采样周期四、实验步骤1.连接被测量典型环节的模拟电路(图3-2)。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出,电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。2.启动计算机,双击桌面“计算机控制实验〞快捷方式,运行软件。3.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。4.在实验工程的下拉列表中选择实验三[数字PID控制],鼠标单击鼠标单击按钮,弹出实验课题参数设置窗口。5.输入参数Kp,Ki,Kd〔参考值Kp=1,Ki=0.02,kd=1〕。6.参数设置完成点击确认后观察响应曲线。假设不满意,改变Kp,Ki,Kd的数值和与其相对应的性能指标p、ts的数值。7.取满意的Kp,Ki,Kd值,观查有无稳态误差。8.断开电源,连接被测量典型环节的模拟电路(图3-3)。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出,电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入,将纯积分电容的两端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。9.重复4-7步骤。10.计算Kp,Ki,Kd取不同的数值时对应的p、ts的数值,测量系统的阶跃响应曲线及时域性能指标,记入表中:Gp1〔s〕=5/〔〔0.5s+1〕〔0.1s+1〕〕实验结果参数δ%Ts阶跃响应曲线KpKiKd10.02115.9%346ms图1-110.05147.6%286ms图1-220.02123.8%214ms图1-310.02214%276ms图1-410.0117%398ms图1-5图1-1图1-2图1-3图1-4图1-5Gp2〔s〕=1/〔s〔0.1s+1〕〕实验结果参数δ%Ts阶跃响应曲线KpKiKd10.02148.6%256ms图2-110.03137.7%243ms图2-220.05147.6%205ms图2-310.05232.7%218ms图2-410.03234.2%235ms图2-5图2-1图2-2图2-3图2-4图2-511.当被控对象为)(1sGp时取过渡过程为最满意时的Kp,
Ki,
Kd,画出校正后的Bode图,查出相位稳定裕量γ和穿越频率wcKp=2,
Ki=0.02,
Kd=1时系统开环传递函数波特图相位稳定裕量γ=93.2°,穿越频率wc=200rad/sec12.实验小结实验得出当Kp越大时,系统
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