数字PID调节器算法的研究实验报告

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pid控制实验报告

pid控制实验报告实验报告：PID控制一、实验目的通过本实验，我们的目的是深入了解PID（比例、积分、微分）控制算法，理解其在实际控制中的应用，掌握PID参数的调整方法。

二、实验原理PID控制是依据被控对象的误差（偏差）与时间的积分、微分关系来确定控制器输出的控制方式。

具体来说，PID控制器输出的控制量=Kp*（当前误差+上次误差*dt+所有误差的积分），其中Kp、Ki和Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数。

它通过对偏差的补偿，使得被控对象能够在振荡绕过设定值、稳定达到设定值的过程中快速、准确定位设定值。

三、实验设备本实验采用的设备为PID控制器、液晶显示屏、电压控制电机和传感器。

四、实验步骤1. 首先，我们需要将系统设为手动调节状态，关闭控制器。

2. 然后，我们将传感器和记录仪建立起连接。

3. 将系统调整为自动控制状态，让控制器自行计算控制量、作出相应控制。

4. 调整PID控制器的Kp系数，以调整控制精度。

5. 调整PID控制器的Ki系数，以调整控制的灵敏度。

6. 调整PID控制器的Kd系数，以调整控制器的稳定性。

7. 最终完成调整后，我们可以用振荡器数据展示出来实验结果。

五、实验结果在完成调整后，我们得出的控制器输出的控制量稳定在理论值附近，在控制精度与控制的灵敏度达到较好平衡的情况下，控制器的稳定性得到了保证。

实验结果具有较好指导意义。

六、结论本实验通过掌握PID控制算法的实际应用方法，以及对参数的合理设置为基础，完成了对PID控制器各参数调整技巧的掌握，极大地丰富了实验基础技能。

同时，实验结果为之后的实际应用提供了参考，有着极其重要的现实意义。

数字pid控制算法的研究实验报告

数字pid控制算法的研究实验报告数字PID控制算法是一种常用的控制系统算法,能够通过对比例、积分和微分三个参数进行调整来控制系统的稳定性和精度。

本文将对数字PID控制算法的研究实验进行详细的描述。

实验设计本次实验采用一个控制器,其输出为闭环信号,被用于控制一个加速变量,以实现一个平稳的控制过程。

实验的具体步骤如下:1. 确定控制器的输出参数根据控制系统的实际需求,确定控制器的比例参数、积分参数和微分参数。

2. 建立实验模型将实验系统建模为阻尼比为1,反馈系数为0.8的系统。

其中,加速变量的幅值为0.1,根据实验结果,调整PID参数后可以使系统达到稳定的输出状态。

3. 进行实验将实验模型连接到控制器上,通过输入信号控制加速变量的幅值,实现控制系统的平稳输出。

通过仿真软件对实验过程进行模拟,记录实验的增益、响应时间和精度等指标。

4. 分析实验结果根据实验结果,对PID控制器的输出参数进行调整,以获得更好的控制效果。

同时,对不同参数组合的增益、响应时间和精度等指标进行分析,探究不同参数组合对控制效果的影响规律。

实验结果通过本次实验,得到以下实验结果:- 比例参数对控制效果的影响规律为:当比例参数增大时,控制增益增大,但响应时间变慢;当比例参数减小时,控制增益减小,但响应时间变快。

- 积分参数对控制效果的影响规律为:当积分参数增大时,控制增益减小,但控制稳定性好;当积分参数减小时,控制增益增大,但控制稳定性差。

- 微分参数对控制效果的影响规律为:当微分参数增大时,控制增益增大,但控制稳定性好;当微分参数减小时,控制增益减小,但控制稳定性差。

结论通过本次实验,可知数字PID控制算法在平稳控制过程中具有较好的效果,不同的参数组合可以影响控制效果的稳定性和精度,可以根据实际应用的需要调整PID控制器的参数,以实现更好的控制效果。

PID实验报告范文

PID实验报告范文PID（Proportional-Integral-Derivative）是一种常用于控制系统的算法，它根据当前的误差值和历史误差值的积累来调整控制量，从而实现系统的稳定性和精确性。

在本次实验中，我们将学习如何使用PID算法来控制一个简单的温度控制系统。

实验步骤：1.实验准备：准备一个温度传感器、一个发热器以及一个温度控制器。

将温度传感器安装在控制对象上，将发热器与温度控制器连接，并将温度控制器连接到计算机。

2.确定控制目标：我们的目标是将系统的温度稳定在一个特定的温度值。

在本次实验中，我们将目标温度设定为50°C。

3.参数调整：调整PID控制器的三个参数，即比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd。

开始时，我们可以将这些参数设置为一个合理的初始值，例如Kp=1，Ki=0.1，Kd=0.014.实验记录：记录系统的温度变化过程。

在开始实验之前，将控制对象的温度设定为初始温度，并将PID控制器的输出设定为零。

记录系统的温度、控制量和误差值。

5.PID计算：根据当前的误差值、历史误差值和时间间隔，计算PID控制器的输出。

6.控制实施：根据PID控制器的输出，控制发热器的加热功率。

根据输出值的大小调整发热器的功率大小。

7.实验分析：观察系统的温度变化过程，并分析PID控制器的参数调整对系统性能的影响。

根据实验结果，调整PID参数，使系统的稳态和动态响应性能都较好。

实验结果：我们进行了多组实验，可以观察到系统温度在初始阶段有较大的波动，但随着时间的推移，温度开始逐渐稳定在目标温度附近。

通过对PID参数进行调整，我们发现参数的选择对系统的稳定性和响应速度有很大影响。

当比例系数Kp较大时，系统对误差的响应速度很快，但也容易引起过冲现象，导致系统产生振荡。

因此，我们需要根据实际需求进行调整，找到一个合适的值。

当积分系数Ki较大时，系统对积累误差的反应较快，可以很好地消除稳态误差，但也容易引起系统的超调。

pid控制实验报告

pid控制实验报告PID控制实验报告引言PID控制是一种常用的控制算法，广泛应用于工业自动化系统中。

本实验旨在通过实际的PID控制实验，验证PID控制算法的效果和优势，并对PID控制的原理、参数调节方法等进行探讨和分析。

一、实验目的本次实验的目的是通过一个简单的温度控制系统，使用PID控制算法来实现温度的稳定控制。

通过实验，验证PID控制算法的有效性和优越性，掌握PID控制的基本原理和参数调节方法。

二、实验设备和原理本实验所用的设备为一个温度控制系统，包括一个温度传感器、一个加热器和一个控制器。

温度传感器用于实时检测环境温度，加热器用于调节环境温度，控制器用于实现PID控制算法。

PID控制算法是基于误差的反馈控制算法，其主要原理是通过不断地调整控制器的输出信号，使得系统的实际输出与期望输出之间的误差最小化。

PID控制算法由比例控制、积分控制和微分控制三部分组成。

比例控制通过比例系数调整控制器的输出信号与误差的线性关系；积分控制通过积分系数调整控制器的输出信号与误差的积分关系；微分控制通过微分系数调整控制器的输出信号与误差的微分关系。

通过合理调节这三个系数，可以实现对系统的精确控制。

三、实验步骤1. 搭建温度控制系统：将温度传感器、加热器和控制器连接在一起，确保信号传输的正常。

2. 设置期望温度：根据实验要求，设置一个期望的温度作为控制目标。

3. 调节PID参数：根据实验的具体要求和系统的特性，调节PID控制器的比例系数、积分系数和微分系数，使得系统的响应速度和稳定性达到最佳状态。

4. 开始实验：启动温度控制系统，观察实际温度与期望温度的变化情况，记录实验数据。

5. 数据分析：根据实验数据，分析PID控制算法的效果和优势，总结实验结果。

四、实验结果与讨论通过实验，我们得到了一系列的实验数据。

根据这些数据，我们可以进行进一步的分析和讨论。

首先，我们观察到在PID控制下，温度的稳定性得到了显著的提高。

数字pid控制实验报告doc

数字pid控制实验报告doc数字pid控制实验报告篇一：实验三数字PID控制实验三数字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,则应相应改变Kp。

采用PID调节器相同。

6．“II型”系统要注意稳定性。

对于Gp2（s）,若采用PI调节器控制，其开环传递函数为G（s）=Gc（s）·Gp2（s）=K（Tis+1）/s·(本文来自：/doc/a1e402b1c081e53a580216fc700abb 68a882ad33.html 小草范文网:数字pid控制实验报告)1/s（0.1s+1）为使用环系统稳定，应满足Ti>0.1，即K1 7．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）,则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)。

数字PID控制实验

4.5.1数字PID 控制实验 1 标准PID 控制算法1. 一. 实验要求2. 了解和掌握连续控制系统的PID 控制的原理。

3. 了解和掌握被控对象数学模型的建立。

4. 了解和掌握数字PID 调节器控制参数的工程整定方法。

观察和分析在标准PID 控制系统中, P.I.D 参数对系统性能的影响。

二. 实验内容及步骤 ⑴ 确立模型结构本实验采用二个惯性环节串接组成实验被控对象, T1=0.2S, T2=0.5S Ko=2。

S e T K s G τ-+⨯≈+⨯+=1S 110.2S 21S 5.01)(000⑵ 被控对象参数的确认被控对象参数的确认构成如图4-5-10所示。

本实验将函数发生器（B5）单元作为信号发生器, 矩形波输出（OUT ）施加于被测系统的输入端R, 观察矩形波从0V 阶跃到+2.5V 时被控对象的响应曲线。

图4-5-10 被控对象参数的确认构成实验步骤: 注: 将‘S ST ’用‘短路套’短接!① 在显示与功能选择（D1）单元中, 通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。

② B5的量程选择开关S2置下档, 调节“设定电位器1”, 使之矩形波宽度>2秒（D1单元左显示）。

③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 2.5V 左右（D1单元右显示）。

④ 构造模拟电路: 按图4-5-10安置短路套及测孔联线, 表如下。

（a ）安置短路套（b ）测孔联线⑤ 运行、观察、记录:A)先运行LABACT 程序, 选择界面的“工具”菜单选中“双迹示波器”（Alt+W ）项, 弹出双迹示波器的界面, 点击开始, 用虚拟示波器观察系统输入信号。

图4-5-11 被控对象响应曲线B) 在图4-5-112被控对象响应曲线上测得t1和t2。

通常取 , 要求从图中测得；通常取 , 要求从图中测得。

计算和 : 0.84730.3567t -1.204t )]t (y 1[ln -)]t (y 1[ln )]t (y 1[ln t )]t (y 1[n t 0.8473t t )]t (y 1[ln -)]t (y 1[ln t t T 212010201102122010120==-----=-=---=τC) 求得数字PID 调节器控制参数P K 、I T 、D T （工程整定法）)/0.2(1)/0.37()/0.6(1)/0.5()/2.5(]27.0)/(35.1[10000200000T T T T T T T T T T K K D I P ττττττ+⨯=++⨯=+=据上式计算数字PID 调节器控制参数P K 、I T 、D T⑶ 数字PID 闭环控制系统实验数字PID 闭环控制系统实验构成见图4-5-12, 观察和分析在标准PID 控制系统中, P.I.D 参数对系统性能的影响, 分别改变P.I.D 参数, 观察输出特性, 填入实验报告,模块号跨接座号 1 A5 S5, S7, S102 A7 S2, S7, S9, P3 B5‘S-ST ’1 输入信号R B5（OUT ）→A5（H1）2 运放级联 A5A （OUTA ）→A7（H1）3 示波器联接 ×1档B5（OUT ）→B3（CH1） 4A7A （OUTA ）→B3（CH2）图4-5-12 数字PID 闭环控制系统实验构成实验步骤: 注: 将‘S ST ’用‘短路套’短接!① 在显示与功能选择（D1）单元中, 通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。

PID控制实验报告

实验二数字PID 控制计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。

因此连续PID 控制算法不能直接使用，需要采用离散化方法。

在计算机PID 控制中，使用的是数字PID 控制器。

一、位置式PID 控制算法按模拟PID 控制算法，以一系列的采样时刻点kT 代表连续时间t ，以矩形法数值积分近似代替积分，以一阶后向差分近似代替微分，可得离散PID 位置式表达式：式中，D p d I pi T k k T k k ==,，e 为误差信号（即PID 控制器的输入），u 为控制信号（即控制器的输出）。

在仿真过程中，可根据实际情况，对控制器的输出进行限幅。

二、连续系统的数字PID 控制仿真连续系统的数字PID 控制可实现D/A 及A/D 的功能，符合数字实时控制的真实情况，计算机及DSP 的实时PID 控制都属于这种情况。

1．Ex3 设被控对象为一个电机模型传递函数BsJs s G +=21)(，式中J=0.0067,B=0.1。

输入信号为)2sin(5.0t π，采用PD 控制，其中5.0,20==d p k k 。

采用ODE45方法求解连续被控对象方程。

因为Bs Js s U s Y s G +==21)()()(，所以u dt dy B dty d J =+22，另y y y y ==2,1，则⎪⎩⎪⎨⎧+-==/J )*u ((B /J )y y y y 12221 ，因此连续对象微分方程函数ex3f.m 如下 function dy = ex3f(t,y,flag,para)u=para;J=0.0067;B=0.1;dy=zeros(2,1);dy(1) = y(2);dy(2) = -(B/J)*y(2) + (1/J)*u;控制主程序ex3.mclear all;ts=0.001; %采样周期xk=zeros(2,1);%被控对象经A/D转换器的输出信号y的初值e_1=0;%误差e(k-1)初值u_1=0;%控制信号u(k-1)初值for k=1:1:2000 %k为采样步数time(k) = k*ts; %time中存放着各采样时刻rin(k)=0.50*sin(1*2*pi*k*ts); %计算输入信号的采样值para=u_1; % D/AtSpan=[0 ts];[tt,xx]=ode45('ex3f',tSpan,xk,[],para); %ode45解系统微分方程%xx有两列，第一列为tt时刻对应的y，第二列为tt时刻对应的y导数xk = xx(end,:); % A/D，提取xx中最后一行的值，即当前y和y导数yout(k)=xk(1); %xk(1)即为当前系统输出采样值y(k)e(k)=rin(k)-yout(k);%计算当前误差de(k)=(e(k)-e_1)/ts; %计算u(k)中微分项输出u(k)=20.0*e(k)+0.50*de(k);%计算当前u(k)的输出%控制信号限幅if u(k)>10.0u(k)=10.0;endif u(k)<-10.0u(k)=-10.0;end%更新u(k-1)和e(k-1)u_1=u(k);e_1=e(k);endfigure(1);plot(time,rin,'r',time,yout,'b');%输入输出信号图xlabel('time(s)'),ylabel('rin,yout');plot(time,rin-yout,'r');xlabel('time(s)'),ylabel('error');%误差图程序运行结果显示表1所示。

pid 实验报告

pid 实验报告PID 实验报告引言在自动控制领域中，PID（比例-积分-微分）控制器是一种常见且广泛应用的控制算法。

本实验旨在通过实际应用和实验验证，探讨PID控制器的原理、特点以及在工程领域中的应用。

一、PID控制器的原理PID控制器是一种反馈控制算法，其基本原理是根据系统的误差信号进行调整，以达到期望的控制效果。

PID控制器由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。

1.1 比例控制（P）比例控制是根据误差的大小来调整输出信号的幅度，其公式为：P = Kp * e(t)其中，P为比例控制的输出，Kp为比例增益，e(t)为当前时刻的误差。

1.2 积分控制（I）积分控制是根据误差的累积值来调整输出信号的幅度，其公式为：I = Ki * ∫e(t)dt其中，I为积分控制的输出，Ki为积分增益，∫e(t)dt为误差的累积值。

1.3 微分控制（D）微分控制是根据误差变化的速率来调整输出信号的幅度，其公式为：D = Kd * de(t)/dt其中，D为微分控制的输出，Kd为微分增益，de(t)/dt为误差的变化率。

综合以上三个部分，PID控制器的输出为：PID = P + I + D二、PID控制器的特点2.1 稳定性PID控制器具有良好的稳定性，能够在系统受到外界扰动时，通过调整输出信号来保持系统的稳定运行。

2.2 响应速度PID控制器能够根据误差的大小和变化率来调整输出信号，从而实现快速响应。

当误差较大且变化迅速时，PID控制器会加大输出信号的幅度，以尽快达到期望值。

2.3 鲁棒性PID控制器对于系统参数的变化和外界干扰具有一定的鲁棒性。

通过合理设置PID参数，可以使系统在一定范围内保持稳定性和良好的控制效果。

三、PID控制器在工程领域中的应用PID控制器广泛应用于各个工程领域，如温度控制、速度控制、位置控制等。

3.1 温度控制在工业生产中，许多过程需要对温度进行控制，以确保产品质量和生产效率。

pid的控制作用实验报告

pid的控制作用实验报告一、实验目的本次实验的主要目的是深入研究和理解 PID（比例积分微分）控制器在控制系统中的作用，并通过实际实验观察和分析其对系统性能的影响。

二、实验原理PID 控制器是一种常见的反馈控制算法，它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。

比例控制部分根据误差的大小成比例地调整控制输出，其作用是快速减少误差，但不能完全消除稳态误差。

积分控制部分则对误差进行积分，随着时间的积累，积分项可以消除稳态误差，但可能会导致系统响应变慢。

微分控制部分根据误差的变化率来调整控制输出，它能够预测误差的变化趋势，提前进行调整，从而改善系统的动态性能，减少超调量和调节时间。

PID 控制器的输出为这三个部分的总和：＄u(t) ＝ K_p e(t) ＋ K_i＼int_{0}＾｛t} e(＼tau) d\tau ＋ K_d ＼frac{de(t)｝｛dt}＄其中，＄u(t)＄是控制器的输出，＄e(t)＄是设定值与实际值之间的误差，＄K_p$ 是比例系数，＄K_i$ 是积分系数，＄K_d$ 是微分系数。

三、实验设备与环境1、实验设备控制器：采用可编程逻辑控制器（PLC）或微控制器作为 PID 控制器。

执行机构：例如电机、阀门等。

传感器：用于测量系统的输出，如温度传感器、压力传感器等。

数据采集卡：用于采集传感器的数据并传输给计算机。

计算机：用于运行控制算法和数据分析软件。

2、实验环境温度：室温（约 25℃）湿度：50% 70%四、实验步骤1、系统建模首先，对实验对象进行建模，确定其传递函数或状态空间模型。

通过实验测量或理论分析，获取系统的参数，如时间常数、增益等。

2、参数整定采用试凑法或 ZieglerNichols 等整定方法，初步确定 PID 控制器的参数＄K_p$、＄K_i$ 和＄K_d$。

观察系统的响应，根据性能指标（如超调量、调节时间、稳态误差等）对参数进行调整，直到获得满意的控制效果。

实验一数字PID调节器算法

实验一数字PID调节器算法一、实验目的1.学习并熟悉常规的数字PID控制算法的原理。

2.学习并观察PID控制器各环节参数变化对系统动态性能的影响。

二、实验内容1.利用本实验平台，设计并构成一个用于混合仿真实验的计算机闭环实时控制系统。

2.利用试凑方法对系统进行校正，观察并记录PID各项参数对系统产生的影响。

三、实验接线1.按图1-1和图1-2连接一个二阶被控对象闭环控制系统的电路。

2.该电路的输出与数据采集卡的输入端AD1相连，电路的输入与数据采集卡的输出端DA1相连。

3.将“直流稳压电源”“数据采集卡接口模块”“通用单元电路”地线全部短接在一起。

4.待检查电路接线无误后，打开实验箱的电源总开关，并将锁零单元的锁零按钮处于“解锁”状态。

1-11-2四、实验结果记录1.最佳K值Ti=200 Td=0 K=1.5Ti=200 Td=0 K=1.7Ti=200Td=0K=1.42.最佳Ti值Ti=150Td=0K=1.5Ti=10 Td=0 K=1.5Ti=5 Td=0 K=1.53.最佳Td值Ti=10Td=4K=1.5Ti=10Td=3.8K=1.5Ti=10Td=5K=1.5五、实验结论在采样周期较小的情况下比例系数K的增大可以加快系统的响应，增大积分时间Ti 可以减少超调和振荡使系统稳定，增大微分时间Td可以加快系统响应减少超调，但会使系统的抗干扰能力减弱。

六、收获及建议通过本次试验了解了各项参数对系统性能的影响以及运用试凑方法确定调节器的参数。

系统的同一调节质量可以根据不同的参数组合来实现，并非固定不变的。

并且系统的采样周期不能过大，否则将无法判定参数对系统的影响。

数字pid实验报告

数字pid实验报告数字PID实验报告引言：PID控制器是一种常见的控制器，广泛应用于工业自动化领域。

它通过不断调整输出信号，使被控对象的实际值与设定值尽可能接近，从而实现稳定控制。

本实验旨在通过数字PID控制器的设计与实现，探索其在控制系统中的应用。

一、实验目的本实验的主要目的是通过设计与实现数字PID控制器，研究其在控制系统中的性能与应用。

具体目标如下：1. 了解PID控制器的原理与基本结构；2. 掌握数字PID控制器的设计方法；3. 通过实验验证数字PID控制器的性能与稳定性。

二、实验原理PID控制器由比例控制器（P）、积分控制器（I）和微分控制器（D）组成。

其输出信号由这三个部分的加权和构成，分别对应于控制器的比例、积分和微分作用。

比例控制器根据被控对象的偏差大小进行调整，积分控制器根据偏差的积分进行调整，而微分控制器则根据偏差的变化率进行调整。

数字PID控制器是对传统PID控制器的一种改进，其主要特点是使用数字计算器来实现控制算法。

在数字PID控制器中，连续的时间变量被离散化为离散的时间变量，通过采样和量化，将控制信号转换为数字信号进行处理。

离散化的控制算法可以通过计算机进行实现，从而提高控制精度和稳定性。

三、实验器材与方法1. 实验器材：- 控制系统实验平台- 数字PID控制器模块- 电源供应器- 电压表、电流表等测量仪器2. 实验方法：(1) 搭建控制系统实验平台，将被控对象与数字PID控制器模块连接；(2) 设定被控对象的目标值，并调整PID控制器的参数；(3) 启动实验平台，观察被控对象的实际值与目标值的变化，并记录数据；(4) 根据实验数据，分析PID控制器的性能与稳定性。

四、实验结果与讨论在本实验中，我们选择了一个温度控制系统作为被控对象，通过数字PID控制器来实现温度的稳定控制。

在实验过程中，我们调整了PID控制器的参数，并记录了被控对象的实际温度值与目标温度值。

通过实验数据的分析，我们可以得出以下结论：1. 比例控制器的参数对系统的响应速度有重要影响。

pid控制实验报告

pid控制实验报告引言：PID（Proportional-Integral-Derivative）控制是一种常用的控制算法，广泛应用于自动控制系统中。

PID控制器通过不断调整控制量，使得被控对象的输出尽可能接近所期望的目标值。

本文将对PID控制实验进行详细介绍。

实验目的：通过实验，掌握PID控制器的基本原理和工作方式，熟悉PID 参数的调节方法，了解PID控制器在不同系统中的应用。

实验器材：1. 一台计算机2. 编程软件（如MATLAB）3. 实验装置（可选项，如温度控制装置、电机等）实验步骤：1. 确定实验对象：可以选择温度控制装置、水位控制装置或电机等，根据实际需求进行选择。

2. 设计PID控制器：根据实验对象的特性和目标，设计合适的PID控制器，包括确定比例系数KP、积分系数KI和微分系数KD。

3. 参数调节：通过试验和分析，调节PID参数，使得控制系统的性能最优。

4. 实验记录和分析：记录实验数据，并进行分析，评估PID控制器的性能和稳定性。

实验结果：实验结果将根据实际情况有所不同，这里以温度控制装置为例进行讨论。

1. 初始状态：实验开始时，温度控制装置处于初始状态，温度与目标温度存在误差。

2. 比例控制作用：PID控制器根据比例系数KP对误差进行处理，并输出相应的控制量。

当误差较大时，控制量较大，加快系统的响应速度。

随着误差减小，控制量逐渐减小，使系统温度逐渐接近目标温度。

3. 积分控制作用：当误差存在积累时，积分控制作用发挥作用，通过积分系数KI 对误差进行处理。

积分控制可以消除稳态误差，使得系统温度更加稳定。

4. 微分控制作用：微分控制主要处理误差的变化率，通过微分系数KD对误差变化的斜率进行处理。

微分控制可以提高系统的稳定性和响应速度。

5. 参数调节：在实验过程中，根据实际的系统响应和性能要求，通过试验和分析逐步调节PID参数，使得系统的控制响应更加稳定和准确。

实验分析：PID控制器在实验中的表现取决于PID参数的选择和调节。

PID实验报告(实验一)

实验一: 使用simulink对给定对象进行控制仿真一：原理说明：一般说, 增加控制系统比例增益, 可以提高系统的响应速度, 同时也会降低稳态误差。

尽管如此, 如果比例增益太大, 系统超调就会增大, 如果Kp再进一步增加, 震荡就会加大, 系统就会变得不稳定。

图a实验原理图如下图（a）所示, 其中原理图中给定的黄色的输入信号的理想的输入稳定值是1（如图（b）中的箭头所示）, 而根据误差中值定理算得它的实际的稳定值是0.6。

通过尝试使用不同的Kp值, 观察Kp的设定对系统动态过程的影响如下图(b)、 (c) 、(d) 、(e)所示。

当: A.要求系统的静差为给定值的40%时, 计算为: （1 -0.6）/1*100%=40%）, 系统的静差为给定值的40%的图像如左图（d）所示；B.系统要求它的超调量小于或者等于40%的条件下, 使得系统的上升时间尽量减少, 计算过程为: （1.4-1）/1*100%=40%）,系统要求超调量小于或者40%的条件下, 使得系统的上升时间尽量减少的图像如左图（e）所示。

一: 当给定KP 分别为 0.8、2.4、3.5 :Kp 的设定对系统动态过程的影响图像如左图（b ）所示:1_1: 当调节KP 分别为1.3.5:Kp 的设定对系统动态过程的影响图像如左图（c ）所示:1_2: 当调节KP 分别为 1.5.3.5 : 图（b ）图（c ）系统的静差为给定值40%（注: （1-0.6）/1*100%=40%）的图像如左图（d）所示:图（d）对于单位负反馈, 静差E(S)=R(S)-C(S), 其中输入信号为1（t）根据终值定理可知当KP取1.5时, 系统的静差刚好为给定值的40%。

1_3: 当调节KP分别为7、3.5:➢系统要超调量小于或40%（（1.4-1）/1*100%=40%）条件下, 使系统上升时间尽量减少如图（e）所示:➢总结: 联系上图（b）、（c）、（d）、（e）可知, KP由0.8一直增大到7可以看出, 增大比例系数KP可以加快系统的响应, 在有静差的时候有助于减小静差。

数字PID的调节实验001

《数字PID的调节》实验报告姓名：学号：系别：电气工程及其自动化专业：自动化年级：08（1）班指导教师：二○一一年十二月十九日实验：数字PID的调节一实验目的1 研究PID 参数对于系统动态性能及其余差的影响。

2 研究采样周期T 的改变对系统的影响。

二实验仪器1、计算机控制系统试验箱一台2、PC 计算机一台三实验内容1、运算原理（1）控制规律式中，KP 为比例增益，KP 与比例带δ成倒数关系即KP=1/δTI 为积分时间，TD 为微分时间u(t)为控制量，e(t)为偏差（2）数字PID 增量型算法式中，K P = 1/ɑ称为比例增益；K I =K P T/T I 称为积分系数 K D = K P T D /T 称为微分系数。

⎥⎦⎤⎢⎣⎡--++=∑=T 1k e k e T i e T T k e K k u D k 0i I P )()()()()([][])2()1(2)()()1()()1()()(-+--++--=--=∆k e k e k e K k e K k e k e K k u k u k u D I P2、PID系数不可过小。

因为这会使计算机控制量输出也较小，从而使系统量化误差变大，甚至有时控制器根本无输出而形成死区，这时可将模拟电路开环增益适当减小，而使PID系数变大。

3、在PID控制中，比例控制能迅速反应误差，从而减小误差，但比例控制不能消除稳态误差，比例作用加大，会引起系统的不稳定；积分控制的作用是：只要系统存在误差，积分控制作用就不断地积累，输出控制量以消除误差，因而，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误差，积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡；微分控制可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。

四实验步骤及结果1、连接被测量典型环节的模拟电路，电路的输入U1接A/D、D/A1输出，电路的输出U2接A/D、D/A的AD1输入。

pid自控原理实验报告

自动控制原理实验——第七次实验一、实验目的（1）了解数字PID控制的特点，控制方式。

（2）理解和掌握连续控制系统的PID控制算法表达式。

（3）（4）了解和掌握用试验箱进行数字PID控制过程。

（5）观察和分析在标PID控制系统中，PID参数对系统性能的影响。

二、实验内容1、数字PID控制一个控制系统中采用比例积分和微分控制方式控制，称之为PID控制。

数字PID控制器原理简单，使用方便适应性强，可用于多种工业控制，鲁棒性强。

可以用硬件实现，也可以用软件实现，也可以用如见硬件结合的形式实现。

PID控制常见的是一种负反馈控制，在反馈控制系统中，自动调节器和被控对象构成一个闭合回路。

模拟PID控制框图如下：输出传递函数形式：()1()()p i dU sD s K K K sE s s==++其中Kp为调节器的比例系数，Ti为调节器的积分常数，Td是调节器的微分常数。

2、被控对象数学模型的建立 1）建立模型结构在工程中遇到的实际对象大多可以表示为带时延的一阶或二价惯性环节，故PID 整定的方法多从这样的系统入手，考虑有时延的单容被控过程，其传递函数为：0001()1s G s K e T S τ-=⨯+这样的有时延的单容被控过程可以用两个惯性环节串联组成的自平衡双容被控过程来近似，本实验采用该方式作为实验被控对象，如图3-127所示。

001211()11G s K T S T S =⨯⨯++2）被控对象参数的确认对于这种用两个惯性环节串联组成的自平衡双容被控过程的被控对象，在工程中普遍采用单位阶跃输入实验辨识的方法确认0T 和τ，以达到转换成有时延的单容被控过程的目的。

单位阶跃输入实验辨识的原理方框如图3-127所示。

对于不同的、和K 值，得到其单位阶跃输入响应曲线后，由010()0.3()Y t Y =∞和020()0.7()Y t Y =∞得到1t 和2t ，再利用拉氏反变换公式得到To====3、采样周期的选择采样周期选择。

数字PID调节器算法的研究实验报告

实验四数字PID 调节器算法的研究一、实验目的1．学习并熟悉常规的数字PID 控制算法的原理；2．学习并熟悉积分分离PID 控制算法的原理；3．掌握具有数字PID 调节器控制系统的实验和调节器参数的整定方法。

二、实验设备1．THTJ-1 型计算机控制技术实验箱2．THVLW-1 型USB 数据采集卡一块(含37 芯通信线、USB 电缆线各1 根)3．PC 机1 台(含上位机软件“THTJ-1”)三、实验内容1．利用本实验平台，设计并构成一个用于混合仿真实验的计算机闭环实时控制系统；2．采用常规的PI 和PID 调节器，构成计算机闭环系统，并对调节器的参数进行整定，使之具有满意的动态性能；3．对系统采用积分分离PID 控制，并整定调节器的参数。

四、实验原理在工业过程控制中，应用最广泛的控制器是 PID 控制器，它是按偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）组合而成的控制规律。

而数字PID 控制器则是由模拟PID 控制规律直接变换所得。

在 PID 控制规律中，引入积分的目的是为了消除静差，提高控制精度，但系统中引入了积分，往往使之产生过大的超调量，这对某些生产过程是不允许的。

因此在工业生产中常用改进的PID 算法，如积分分离PID 算法，其思想是当被控量与设定值偏差较大时取消积分控制；当控制量接近给定值时才将积分作用投入，以消除静差，提高控制精度。

这样，既保持了积分的作用，又减小了超调量。

五、实验步骤1、实验接线1.1 按图4-1 和图4-2 连接一个二阶被控对象闭环控制系统的电路；1.2 该电路的输出与数据采集卡的输入端AD1 相连，电路的输入与数据采集卡的输出端DA1 相连；1.3 待检查电路接线无误后，打开实验平台的电源总开关，并将锁零单元的锁零按钮处于“不锁零”状态。

2、脚本程序运行2.1 启动计算机，在桌面双击图标THTJ-1，运行实验软件；2.2 顺序点击虚拟示波器界面上的“开始采集”按钮和工具栏上的脚本编程器按钮；2.3 在脚本编辑器窗口的文件菜单下点击“打开”按钮，并在“计算机控制算法VBS\ 计算机控制技术基础算法\数字PID 调器算法”文件夹下选中“位置式PID”脚本程序并打开，阅读、理解该程序，然后点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“步长设置”，将脚本算法的运行步长设为100ms；2.4 点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“启动”；用虚拟示波器观察图4-2 输出端的响应曲线；2.5 点击脚本编辑器的调试菜单下“停止”，利用扩充响应曲线法（参考本实验附录4）整定PID控制器的P、I、D及系统采样时间Ts等参数，然后再运行。

实验一 PID算法实验

实验一数字PID 算法实验1. 实验目的（1）理解数字PID 算法的基本原理。

（2）掌握数字PID 算法的设计过程。

2. 实验仪器（1） MATLAB 6.5软件一套（2）个人PC 机一台3. 实验原理在实际工业控制中，大多数被控对象通常有储能元件存在，这就造成系统对输入作用的响应有一定的惯性；另外，在能量和信息的传输过程中，由于管道和传输等原因会引入一些时间上的滞后，往往会导致系统的响应变差，甚至不稳定。

因此，为了改善系统的调节品质，通常在系统中引入偏差的比例调节，以保证系统的快速性；引入偏差的积分调节以提高控制精度；引入偏差的微分调节来消除系统惯性的影响，这就形成了按偏差PID 调节的系统，该控制系统如图1所示： K PK P T D SK P /T I S r (t)e (t)u (t)y (t)G 0(S)图1 模拟PID 控制系统模拟PID 控制器的微分方程为⎰++=t D I P dtt de T dt t e T t e K t u 0])()(1)([)( P K ：比例系数I T ：积分时间常数 D T ：微分时间常数将（1）式取拉氏变换：)]()()([)(S SE T ST S E S E K S U D I P ++= 整理后得PID 控制器传递函数为 S K SK K S T S T K S E S U S D D I P D I P ++=++==)11()()()(其中 IP I T K K = 为积分系数 D P D T K K = 为微分系数当采样周期T 足够小时，令Tk e k e dt t de T j e dt t e k e t e k u t u k j t )1()()()()()()()()(00--≈≈≈≈∑⎰=整理后得，)]1()([)()(])1()()()([)(00--++=--++=∑∑==k e k e K j e K k e K T k e k e T j e T T k e K k u D kj I P k j D IP 位置式算法其中 IP I T T K K = -------积分系数 T T K K D PD = --------微分系数离散PID 控制系统如图2所示： ZOH D(Z)r (t)e (t)u (k)y (k)G 0(S)G(Z)图2 离散PID 控制系统已知被控对象传递函数s e S S G 76.0014.01)(-+= ；采样周期为0.5S ，借助MATLAB 仿真软件，在给定被控对象和单位阶跃输入的条件下，编写基于MATLAB 语言的PID 算法软件，画出PID 算法控制器输出响应图)(k u 和离散PID 控制系统输出响应图)(k y ，调节D I P K K K ,,参数，记录PID 算法控制器输出响应图)(k u 和离散PID 控制系统输出响应图)(k y四、实验步骤1.理解实验原理2.采样周期为0.5S ，依据给定的被控对象，借助MATLAB 仿真软件，构造被控对象的传递函数模型，构造被控对象的离散化模型，构造被控对象离散化模型的分子、分母系数。

数字PID调节器算法的研究

东南大学自动化学院实验报告课程名称：计算机控制技术第一次实验实验名称：A/D与D/A转换数字PID调节器算法的研究院（系）：自动化专业：自动化姓名：学号：实验室：实验组别：同组人员：实验时间：2012 年 3 月12 日评定成绩：审阅教师：实验一 A/D与D/A转换一、实验目的1、通过编程熟悉VC++的Win32 Console Application的编程环境；2、通过编程熟悉PCI-1711数据采集卡的数据输入输出；3、了解采集卡AD转换芯片的转换性能；4、通过实验了解字节数与二进制数的转换。

二、实验设备1．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台2．PCI-1711数据采集卡一块3．PC机1台(安装软件“VC++”及“THJK_Server”)三、实验原理1．数据采集卡PCI-1711是输入功能强大的低成本多功能PCI总线卡。

特点：16路单端模拟量输入12位A/D转换器，采样速率可达100KHz每个输入通道的增益可编程自动通道/增益扫描卡上1K采样FIFO缓冲器2路12位模拟量输出（仅PCI-1711）16路数字量输入及16路数字量输出可编程触发器/定时器图1-1 PCI-1711卡管脚图2. ADDA转换原理该卡在进行A/D转换实验时，输入电压与二进制的对应关系为：-10～10V对应为0～4095(A/D转换精度为12位)。

D/A通道输出范围为0～10V。

详细编程说明见“PCI-1711数据采集卡驱动函数说明.doc”文档。

四、实验步骤1、仔细阅读“PCI-1711数据采集卡驱动函数说明.doc”文档。

2、将实验台上的“阶跃信号发生器”的输出端通过导线与PCI-1711数据采集接口的AD1通道输入端相连，同时将PCI-1711数据采集接口的AD1通道通过导线与实验平台上的交直流数字电压表（选取直流档）的输入端相连；3、打开ADDA实验VC++程序文件夹，打开.dsw工程文件，添加缺少的main函数（主程序），编程实现以下功能：在运行程序后的DOS界面上应显示AD第一通道输入值，同时并显示出转换后对应的以十进制存放的二进制码，并将其转换为二进制码；在程序中使用输出函数通过DA1通道输出一个0~10V的电压（PCI-1711卡无法输出负电压），然后使用THBDC-1型实验平台上的直流数字电压表进行测量，并确认输出值是否正确。

PID算法实验报告

实验三 PID算法实验报告一、实验目的设计最少拍有纹波控制器过程中，在已知偏差的情况下求控制量，即在已知误差曲线的情况下，绘出控制曲线图。

二、实验内容本实验选用VB 6.0作为编程软件，根据差分方程u(k)=0.282 u(k-1)+0.718 u(k-2)+0.5434 e(k) –0.4716e(k-1)+0.1e（k-2）可知，所需要的变量为u(k-1)，u(k-2)，e(k)，e(k-1)，e(k-2），其中偏差量e(k)，e(k-1)，e(k-2）直接输入程序，另外每次计算后需要先将u（k-1）的值赋给u(k-2)，再将u（k）的值赋给u(k-1)。

以下为该设计实验的误差曲线：误差曲线程序如下：Private Sub Command1_Click()Dim e(-1 To 10) As SingleDim u(-1 To 10) As SingleDim k As Integer, i%e(-1) = e(0) = e(1) = e(3) = e(4) = e(5) = e(6) = e(7) = e(8) = e(9) = e(10) = 0: e(2) = 1: u(0) = 0: u(-1) = 0 ‘对于不同的偏差，需要改变e（k）值For k = 1 To 10u(k) = 0.282 * u(k - 1) + 0.718 * u(k - 2) + 0.5434 * e(k) - 0.4716 * e(k - 1) + 0.1 * e(k - 2)Print "u(" & k & ") = "; u(k)Next kEnd Sub三、实验数据e（k）分别等于[0，1，0，0，0，0，0，0，0，0]，结果如下：u（1）= 0u（2）= 0.5434u（3）= - 0.3184u（4）= 0.4004u（5）= - 0.1157u（6）= 0.2549u（7）= - 0.1119u（8）= 0.1798u（9）= 0.0427u（10）= 0.1412以下为求得的控制曲线：控制曲线。

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