自动控制原理实验PID

上海电力学院实验报告

自动控制原理实验课程

班级：2008232

姓名：吴旭东

学号：

一、PID控制器

PID控制器（比例-积分-微分控制器），由比例单元P、积分单元I 和微分单元 D 组成。通过Kp，Ki和Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。

控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个PID 反馈回路却可以保持系统的稳定。

二、用simulink对PID 控制器应建模

用simulink对PID 控制器建模(P57)，通过仿真分析各个典型环节响应的特点；并试利用几种典型环节构成一个具有如图所示的阶跃响应特性的系统。

理论方法分析：

Scope：理想微分环节。阶跃响应曲线为脉冲函数。

Scope1：积分环节。输出信号随着时间T，成固定的比例增加。

Scope2：一阶惯性环节。输出信号随着时间T增加，使输出信号趋近于一定值。

Scope3：振荡环节。一个衰减的振荡过程，使输出信号趋近与一个值。

Scope4：延迟环节。输出信号与输入信号形状相同，只是迟延了一段时间。Scope5：比例环节。输入与输出信号是阶跃函数，不存在惯性。

Scope6：实际微分。刚开始为阶跃函数，之后输出函数趋近于0。

三、实验设计与实现

先用simulink画出题目所示的图1，断开Transfer Fcn、Transfer Fcn1和Sum1的连接如图2，得Scope的图3，再根据根据PID控制器控制性能达到最优，不断的调整Gain的值控制Scope图中的比值，即第一次峰值减去稳定值的值和第二次峰值减去稳定值的值之比为4:1，过程如图4，得Scope的图5和Gain的值是58。

图1

图2

图3

图4

图5

调整Gain 和Transfer Fcn1的值使第一次峰值减去稳定值的值和第二次峰值

减去稳定值的值之比为4:1。得图6。如图7，即Kp 、Td 、Ti 分别为18、、。

第一次峰值 第二次峰值 稳定值 相差值1

相差值2 Gain

值

15 17 50 55 58

图6

图7

四、实验结论与讨论

本次实验是第一次使用MATLAB来实现这些图形。最重要的是了解各个环节的用途，以及可以形成的图形。了解如何使PID控制器控制性能达到最优要根据图形来求出参数的值，得出最终的图形和参数值。