计算机控制技术实验 实验一 数字PID控制算法
数字PID算法研究实验报告
实验二数字PID调节器算法的研究（实验报告）姓名:王国华学号: 201046820420 班级: 电气F1004实验指导老师: 孙红鸽成绩: _________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“解锁”状态。
2.脚本程序运行2.1启动计算机, 在桌面双击图标“THBCC-1”, 运行实验软件；2.2顺序点击虚拟示波器界面上的“”按钮和工具栏上的“”按钮(脚本编程器)；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。
在整定过程中注意观察参数的变化对系统动态性能的影响；2.6 参考步骤2.4.2.4和2.5, 用同样的方法分别运行增量式PID和积分分离PID 脚本程序, 并整定PID控制器的P、I、D及系统采样时间Ts等参数, 然后观察参数的变化对系统动态性能的影响。
另外在积分分离PID程序运行过程中, 注意不同的分离阈值tem对系统动态性能的影响；2.7 实验结束后, 关闭脚本编辑器窗口, 退出实验软件。
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。
数字PID控制实验
计算机控制技术（实验课程名称）课程编码：H61010502实验指导书：《爱迪克教学实验系统》面向专业：自动化验证性实验项目名称：数字PID控制实验实验项目学时：4 实验要求：■必修□选修一、实验要求搭建如图所示系统，实现数字PID控制。
二、实验基本原理1．运算原理PID控制规律为：UE（t）为控制器输入；U（t）为控制器输出。
用矩阵法算积分，用向后差分代替微分，采样周期为T，算法为：2．PID系数不可过小，因为这会使计算机控制输出也较小，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。
三、主要仪器设备及实验耗材爱迪克教学实验系统一套四、实验步骤1．接线：如图所示，①信号发生器模块B4的输出OUT作为系统输入R。
S2置0.2–6S档，S1置阶跃档，用短路块将S与ST，G和G1短路，观察B4单元的OUT端波形，调节调幅使其电压为3．5V，调节调频使其周期约为5S。
②从左至右依次使用运放模块A2，A3，A7，A4及电位器模块A5搭建图中模拟部分，第四级反馈电阻300K的接法（将A5中的330K电位器调到300K，再将两端分别与A4中的IN和OUT相连），最后的10K 电阻用A4中F和OUT之间的10K电阻构建（将F和OUT用短路套套好即可）。
其他连接见电路图。
③图中E点接A/D转换模块B5的IN7。
④B1数模转换单元的输出OUT2接至图中第三级运放的输入。
2.示例程序：见Cp5源文件。
3.运行虚拟示波器（方法参见实验1中的运行虚拟示波器方法）。
4.现象：根据临界比例算法计算PID三参数。
运行程序，用示波器观察输出C，如果现象不明显则可以调节最后一个330K电位器和B4中的调频调幅，记录M P，ts，PID参数，在下表中填入给此次的各参数与结果。
以下图形即仅供参考。
五、思考题1、如果P系数过小，会产生什么结果？六、主要参考书1、计算机控制系统分析与设计何克忠郝忠恕清华大学出版社2、过程控制系统及工程翁维勤周床海化学工业出版社3、微型计算机控制新技术曹承志机械工业出版社4、微型计算机控制技术于海生清华大学出版社5、数据采集与处理马明建周长城西安交通大学出版社。
计算机控制数字PID控制算法
Chapter 4
数字PID控制算法 数字PID控制算法
Data PID Control Arithmetic
09:47 1
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准连续PID控制算法 10） 准连续PID控制算法（10） 控制算法（
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增量式算法不需做累加， 增量式算法不需做累加，计算误差和计算精度问题对控制量 不需做累加 的计算影响较小；位置式算法要用到过去偏差的累加值， 的计算影响较小；位置式算法要用到过去偏差的累加值，容 易产生较大的累计误差。 易产生较大的累计误差。 控制从手动切换到自动时，位置式算法必须先将计算机的输 控制从手动切换到自动时，位置式算法必须先将计算机的输 才能保证无冲击切换； 出值置为原始值 u0 时，才能保证无冲击切换；增量式算法 与原始值无关，易于实现手动到自动的无冲击切换。 与原始值无关，易于实现手动到自动的无冲击切换。 在实际应用中，应根据被控对象的实际情况加以选择。 在实际应用中，应根据被控对象的实际情况加以选择。一般 认为，在以闸门或伺服电机作为执行器件， 认为，在以闸门或伺服电机作为执行器件，或对控制精度要 求较高的系统中，应当采用位置式算法； 求较高的系统中，应当采用位置式算法；而在以步进电机或 多圈电位器作执行器件的系统中，则应采用增量式算法。 多圈电位器作执行器件的系统中，则应采用增量式算法。
《计算机控制技术》数字PID控制器设计与仿真实验报告
《计算机控制技术》数字PID控制器设计与仿真实验报告课程名称：计算机控制技术实验实验类型：设计型实验项目名称：数字PID控制器设计与仿真一、实验目的和要求1. 学习并掌握数字PID以及积分分离PID控制算法的设计原理及应用。
2. 学习并掌握数字PID控制算法参数整定方法。
二、实验内容和原理图3-1图3-1是一个典型的 PID 闭环控制系统方框图，其硬件电路原理及接线图可设计如图1-2所示。
图3-2中画“○”的线需用户在实验中自行接好，对象需用户在模拟实验平台上的运放单元搭接。
图3-2上图中，ADC1为模拟输入，DAC1为模拟输出，“DIN0”是C8051F管脚 P1.4，在这里作为输入管脚用来检测信号是否同步。
这里，系统误差信号E通过模数转换“ADC1”端输入，控制机的定时器作为基准时钟(初始化为10ms)，定时采集“ADC1”端的信号，得到信号E的数字量，并进行PID计算，得到相应的控制量，再把控制量送到控制计算机及其接口单元，由“DAC1”端输出相应的模拟信号，来控制对象系统。
本实验中，采用位置式PID算式。
在一般的PID控制中，当有较大的扰动或大幅度改变给定值时，会有较大的误差，以及系统有惯性和滞后，因此在积分项的作用下，往往会使系统超调变大、过渡时间变长。
为此，可采用积分分离法PID控制算法，即：当误差e(k)较大时，取消积分作用；当误差e(k)较小时才将积分作用加入。
图3-3是积分分离法PID控制实验的参考程序流程图。
图3-3三、主要仪器设备计算机、模拟电气实验箱四、操作方法与实验步骤1.按照图3-2搭建实验仿真平台。
2.确定系统的采样周期以及积分分离值。
3.参考给出的流程图编写实验程序，将积分分离值设为最大值0x7F，编译、链接。
4.点击，使系统进入调试模式，点击，使系统开始运行，用示波器分别观测输入端R以及输出端C。
5.如果系统性能不满意，用凑试法修改PID参数，再重复步骤3和4，直到响应曲线满意，并记录响应曲线的超调量和过渡时间。
PID控制算法实例_电机_温度
实验十七 直流电机控制实验一、 实验目的1． 学习数字控制器的模拟化设计方法；2． 学习数字PID 控制器的设计方法；3． 学习PWM 控制理论；4． 学习数字PID 控制器在DSP 上的实现方法。
二、实验设备 计算机，CCS 2.0版软件，实验箱、DSP 仿真器、导线。
三、基础理论 PID 控制器（按闭环系统误差的比例、积分和微分进行控制的调节器）自30年代末图1 模拟PID 控制期出现以来，在工业控制领域得到了很大的发展和广泛的应用。
它的结构简单，参数易于调整，在长期应用中已积累了丰富的经验。
特别是在工业过程控制中，由于被控制对象的精确的数学模型难以建立，系统的参数经常发生变化，运用控制理论分析综合不仅要耗费很大代价，而且难以得到预期的控制效果。
在应用计算机实现控制的系统中，PID 很容易通过编制计算机语言实现。
由于软件系统的灵活性，PID 算法可以得到修正和完善，从而使数字PID 具有很大的灵活性和适用性。
实现PID 控制的计算机控制系统如图1所示，其中数字PID 控制器是由软件编程在计算机内部实现的。
1、PID 控制规律的离散化PID 控制器是一种线性调节器，这种调节器是将系统的给定值r 与实际输出值y 构成的控制偏差y r c -=的比例（P ）、积分（I ）、微分（D ），通过线性组合构成控制量，所以简称PID 控制器。
连续控制系统中的模拟PID 控制规律为：])()(1)([)(0dtt de T dt t e T t e K t u D t I p ++=⎰ （式1）式中)(t u 是控制器的输出，)(t e 是系统给定量与输出量的偏差，P K 是比例系数，I T 是积分时间常数，D T 是微分时间常数。
其相应传递函数为：)11()(s T sT K s G D I p ++= （式2） 比例调节器、积分调节器和微分调节器的作用：（1）比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数P K 。
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。
计算机控制PID实验报告
实验报告实验名称：积分分离PID控制算法课程名称：计算机控制系统姓名：蓝娜学号：12062115班级：电气2班指导老师：陈雪亭日期：2014年11月11日实验背景：在数字控制系统中，积分控制分量的引入主要是为了消除静差，提高系统的精度。
但在过程启动、停车或大幅度改变设定值时，由于产生较大的偏差，加上系统本身的惯性和滞后，在积分作用下，计算得到的控制量将超出执行机构可能的最大动作范围对应的极限控制量，结果产生系统输出的较大超调，甚至引起系统长时间的振荡，这对大多数的生产过程是不允许的，由此引进积分分离PID 算法，既保持了积分作用，又可减少超调量，使系统的控制性能得到较大的改善。
实验基本思想：在偏差e(k)较大时，暂时取消积分作用；当偏差e(k)小于某个阈值时，才将积分作用投入。
1）根据实际需要，设定一个阈值ε>0。
2）当|e(k)|>ε，即偏差较大时，采用PD 控制，可避免大的超调，又使系统有较快的响应。
3）当|e(k)|<=ε,即偏差较小时，采用PID 控制或PI 控制，可保证系统的控制精度。
积分分离形式：u(k)=Kp{e(k)+)]1()([)(0--+∑=k e k e TTd j e Ti T k j β} 式中β=1（|e(k)<=ε|） 或β=0 （|e(k)|>ε）实验目的：利用Simulink 设计数字PID 控制器，加入模块Switch ，通过调整阈值实现积分分离，并通过Simulink 仿真与标准PID 控制进行比较。
实验线路图：普通PID 控制线路：上次实验得到较好系统性能的整定后的参数为Kp=600，Ki=450，Kd=26。
此次实验会在上次实验的基础上作进一步的改进，引入积分分离。
/s/blog_6a04c83201018gu9.html实验结果：（1）当Ki、Kd为0，Kp=1时得到的响应曲线如下：（2）当Kp逐渐增大，Ki、Kd=0时，得到图像如下：（2）由上图像得，只改变比例系数Kp，超调量变大，且稳定性能也不高。
第七章__数字PID控制及其算法
Y n 1 K e n e n 1 Ie n D e n 2 e n 1 e n 2 P
KP—比例系数 D=TD/T—微分系数 I=T/TI—积分系数 T—采样周期
式中：e(n)=w－u(n)：w—给定值 u(n)—第n次实际输入值
第七章
数字PID控制及其算法
PID控制方式：采用比例、积分、微分的控制方式。 P I D 模拟PID控制算法：用于模拟控制系统 模拟系统过程控制：被测参数（模拟量：温度、压力、流 量）由传感器变换成统一的标准信号后输入调节器，在调 节器中与给定值进行比较，再把比较后的差值经PID运算 后送到执行机构，改变进给量，以达到自动调节的目的。 数字PID控制算法：用于数字控制系统 数字系统过程控制：先把过程参数进行采样，并通过模拟 量输入通道将模拟量变成数字量，这些数字量通过计算机 按一定控制算法进行运算处理，运算结果经D/A转换成模 拟量后，由模拟量输出通道输出，并通过执行机构去控制 生产，以达到给定值。
式中：
T T D d 1 0 K P T I T
T 2 D d K 1 1 P T
d2 KP
TD T
④增量式PID算法的优点： 增量式PID算法只需保持当前时刻以前三个时刻的 误差即可。它与位置式PID相比，有下列优点： Ⅰ）位置式PID算法每次输出与整个过去状态有关，计 算式中要用到过去误差的累加值，因此，容易产生较 大的累积计算误差。而增量式 PID 只需计算增量，计 算误差或精度不足时对控制量的计算影响较小。 Ⅱ）控制从手动切换到自动时，位置式PID算法必须先 将计算机的输出值置为原始阀门开时，才能保证无冲 击切换。若采用增量算法，与原始值无关，易于实现 手动到自动的无冲击切换。
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）。
微型计算机控制技术实验1-4(8学时)
%Linear model yout(k)=-den(2)*y_1-den(3)*y_2-den(4)*y_3+num(2)*u_1+num(3)*u_2+num(4)*u_3; error(k)=rin(k)-yout(k);
r_1=rin(k);
u_3=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k); y_3=y_2;y_2=y_1;y_1=yout(k);
仿真程序：ex3.mdl
图 1-1 离散 PID 控制的 Simulink 主程序
图 1-2 离散 PID 控制的 Simulink 控制器程序
图 1-3 离散 PID 控制的封装界面 位置式 PID 控制算法的缺点是，由于采用全量输出，所以每次输出均与过去的状态有关，计算时要对 e(k)量进行累加，计算机输出控制量 u(k)对应的是执行机构的实际位置偏差，如果位置传感器出现故障，u(k) 可能会出现大幅度变化。u（k）大幅度变化会引起执行机构未知的大幅度变化，这种情况在生产中是不允 许的，在某些重要场合还可能造成重大事故。为了避免这种情况的发生，可采用增量式 PID 控制算法。 三、增量式 PID 控制算法及仿真 当执行机构需要的是控制量的增量（例如驱动步进电机）时，应采用增量式 PID 控制，根据递推原理可
求出 G(s)对应的离散形式 G(z) Y (z) ，其中 Y(z)和 U(z)是关于 z 的多项式，则可以得到其对应的差 U (z)
yout(k) den(2) y(k 1) den(3) y(k 2) den(4) y(k 3)
分表达式
num(2)u(k 1) num(3)u(k 2) num(4)u(k 3)
end end plot(time,rin,'r',time,yout,'b'); xlabel('time(s)');ylabel('rin,yout');
计算机控制技术数字PID
计算机控制技术实验报告题目：数字PID仿真姓名：学号：班级：2014年05月18日一、仿真设计的目的 (3)二、主要任务及仿真要求 (3)三、整定方法 (4)四、数字PID控制器 (4)五、仿真框图及增量式算法的流程图 (7)六、各个模型的输出曲线的软件界面显示 (8)模型一：（T=1s） (8)模型一：（T=2s） (8)模型二：（T=1s） (9)模型三：（T=1s） (9)七、各个模型仿真的前40步数据 (10)八、实验结果评价 (11)九、实验体会 (11)十、附录一： (12)%% digital PID controller 模型一 (12)%% digital PID controller 模型二 (12)%% digital PID controller 模型三 (13)附录二：使用MATLAB编制的软件 (13)模型一： (13)模型二： (17)模型三： (21)一、仿真设计的目的PID 控制器具有结构简单、容易实现、控制效果好、鲁棒性强等特点，是迄今为止最稳定的控制方法之一。
它所涉及的参数物理意义明确，理论分析体系完整，并为工程界所熟悉，因而在工业过程控制中得到了广泛应用，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性系统。
然而实际工业生产过程中，许多被控过程机理复杂，具有高度非线性、时变不确定性和纯滞后等特点。
在噪声、负载扰动等因素的影响下，过程参数甚至模型结构均会随时间和工作环境的变化而变化。
常规PID 控制器参数往往整定不良、性能欠佳，对运行工况的适应性很差。
这就要求在PID 控制中，不仅PID 参数的整定不依赖于对象数学模型，并且PID 参数能够在线调整，以满足实时控制的要求。
从实际需要出发，对数字PID 控制算法进行仿真研究，得到一种好的数字PID 控制算法，不仅可以减少操作人员的负担，还可以使系统处于最佳运行状态。
因此，对数字PID 控制器的仿真及研究具有重要的实际意义。
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。
第三章数字PID控制算法
第三章数字PID控制算法
数字PID控制算法是一种基于数字信号处理技术的PID控制算法。
它
将传统的模拟PID控制算法转化为数字形式，通过采样、离散化和数值运
算等过程实现控制系统的自动调节。
数字PID控制算法主要包括以下几个步骤：
1.信号采样：通过模数转换器将被控系统的输出信号转化为数字信号，以便进行后续的离散化处理。
2.离散化：将连续时间域的PID控制算法转化为离散时间域的算法。
通常采用离散化的方法有Z变换法、欧拉法等。
3.数值运算：根据离散化得到的差分方程，通过数值运算得到当前时
刻的控制量。
常用的数值运算方法有增量式PID算法、位置式PID算法等。
4.输出控制信号：根据计算得到的控制量，通过数字信号处理器将其
转化为模拟信号，作为控制器的输出信号，控制被控对象。
数字PID控制算法相对于模拟PID控制算法具有以下优点：
1.精度高：数字PID控制算法通过离散化处理可以实现更精确的控制，提高控制系统的响应速度和稳定性。
2.灵活性强：数字PID控制算法可以通过调节离散参数来实现不同的
控制效果，适应不同的被控对象和控制要求。
3.可编程性好：数字PID控制算法可以通过编程的方式实现，便于调
试和修改，提高系统的可维护性和可扩展性。
数字PID控制算法在工业控制、自动化设备、机器人等领域得到广泛应用，并且随着数字信号处理技术的不断发展，数字PID控制算法也在不断优化和改进，为实现更高效、精确的控制提供了强大的工具。
PID实验报告
PID实验报告1、实习内容及其要求通过温度或转速的设定值和反馈值，计算其偏差，并使⽤PID控制算法输出控制信号，整定PID参数，使被控的温度或转速达到设定值。
具体实训内容包括AC6611过程卡的接线和测试、数据采集程序设计、PID算法程序设计、控制输出程序设计、⼈机界⾯程序设计、PID参数整定、实训报告。
⽬的：通过实训，让学⽣了解计算机控制系统的基本组成，提出计算机控制系统的设计思路，初步学会计算机控制系统软硬件设计及调试的⽅法，具备技术实现能⼒；基本上能够处理实践过程中出现的问题并提出解决办法，进⼀步提⾼学⽣的计算机应⽤⽔平。
要求：完成⼀个温度或转速单回路控制系统的设计和调试过程。
2、AC6611多功能过程通道卡2.1 功能特点与技术指标功能：AC6611是⼀款廉价通⽤A/D、D/A板，AD⼯作在查询⽅式，采⽤PCI 总线⽀持即插即⽤、⽆需地址跳线。
AC6611具有16路单端模拟输⼊、32路开关量（16路输⼊及16路输出）、⼀路12位D/A。
AC6611采⽤⼤规模可编程门阵列设计。
A/D转换指标：A/D转换器: 120KHZ 12位A/D ADS7816；保持器：A/D芯⽚内置采样保持器；⼯作⽅式：软件查询；通道数：16路单端输⼊；输⼊阻抗：1MΩ,最⼤输⼊耐压电压：< +12V / －5.5V；瞬时输⼊耐压：-25V - +30V；双极性输⼊范围： 5V；单极性输⼊幅度：5伏、10伏；连接器：DB25（孔式）。
D/A转换指标：通道数：1路分辨率：12位精度：0.2%最⼤输出电流：5毫安。
输出零点误差：<±10mV。
输出范围：10伏、±10伏，使⽤跳线器进⾏选择。
输出建⽴时间⼩于：50微秒；连接器：DB25(孔)开关量输⼊/输出指标：输⼊通道数：16路（2个8位）输出通道数：16路（2个8位）电平：TTL电平（兼容3伏逻辑）连接器：40脚扁平电缆插座开关量输出复位后输出：低电平“0”。
计算机控制实验PID(1)
PID 控制实验【实验目的】了解PID 控制规律和P 、I 、D 参数对控制系统性能的影响，学会用Simulink 来构造控制系统模型。
【实验要求及内容】本实验首先用MATLAB 描述对象的模型，分别采用P 、PI 、PD 、PID 控制器构成闭环控制系统，并求取闭环系统的阶跃响应；在此基础上变化P 、I 、D 参数的值，了解比例、积分和微分参数对控制系统性能的不同影响，并用Simulink 来构造控制系统模型。
【实验步骤】 一、已知：二阶系统1065.01)(2++=s s s G 1． S tep 输入模块求取对象的开环响应曲线；指出稳态误差Ess 和调节时间Ts 。
2． 分别采用比例控制器P 、比例积分控制器PI 、比例微分控制器PD 及PID 控制器构成闭环反馈系统；选取不同的参数，用Step 输入模块求其闭环响应曲线；指出稳态误差Ess 、超调量δ和调节时间Ts 。
3． 分别变化PID 参数值中的一个参数，求取闭环控制系统的阶跃响应，得出相应参数对控制性能的影响效果。
二、已知对象数学模型为： s e s s G 8172330)(-+=，采用PID 控制器构成闭环反馈系统分别选取Kp ＝0.02，Ki ＝0.00033，Kd ＝0.02和Kp ＝0.015，Ki ＝0.0002，Kd ＝0.015两组PID 参数，用Step 输入模块求其闭环响应曲线；指出稳态误差Ess 、超调量δ和调节时间Ts 。
提示：纯滞后环节采用如下模块：三、设被控对象为20125)(20++=s s s G ，分别用常规PID 和积分分离PID控制器构成闭环反馈控制系统，比较两种控制系统的性能。
仿真系统图参考下图。
常规PID 控制器仿真图积分分离PID 控制器仿真图四、设被控对象为11854)(20++=s s s G输入信号是脉宽20s 、周期50s 的脉冲信号。
假设常规PID 控制器为：⎪⎭⎫ ⎝⎛++=s s s D 25.3115.0)(分别采用常规PID 和微分先行PID 控制器（取γ=1）构成闭环反馈控制系统，比较两种控制系统的性能。
数字PID及其算法讲解ppt课件
二、PI调节器：
控制规律：
u(t)
k
p
e(t )
1 Ti
t
0
e(t
)dt
分析：1. 只要e(t)不为0就有控制作用，可
消除静差；
2. 其大小取决于Ti 。 缺陷：降低了响应速度。
三、PID调节器：
控制规律：
u (t )
k
p
e(t )
1 Ti
t
0 e(t)dt Td
de(t)
dt
分析：只要e(t)发生变化就产生控制作用，可以
微型计算机控制技术
§3.1 引言 典型的微机控制系统原理图
- 计算机
D/A
被控对象
A/D
一、从两个角度分析
1. A / D、计算机、D / A作为整体；与被控对象组成系统。 输入输出均为模拟量；看作连续变化 的模拟系统；用拉氏 变换分析；等效结构图如图a。 2. D / A、被控对象、A / D作为整体；与计算机组成系统。 输入输出均为数字量；看作离散系统；用z变换分析；等 效结构图如图b。
加快系统响应速度，缩短调节时间，减小
超调量。
各类模拟PID调节器对偏 差的阶跃变化的时间响应
e(t)
1
0 t0
t
u(t)
kp
P
u(t)
kp
I
P
u(t) D
kp
I
P
0 t0
t
微型计算机控制技术
§3.3.1 模拟PID调节器
总结：
对于模拟PID调节器， 在阶跃信号作用下，首先是 P、D作用，使控制作用加 强，然后再进行积分，直到 消除静差。模拟PID调节器 无论从静态、动态分析，其 控制品质都可以保证。
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计算机控制技术实验
实验一 数字PID 控制算法
一、目的要求
1.掌握标准PID 算法
2.分析Kp ，Ti ，Td 对系统质量的影响
二、实验内容
本实验用来观察和分析输入为阶跃信号时被测系统的PID 控制特性。
三、实验线路
图1-1 数字PID 控制实验构成
图1-2数字PID 控制系统方框图
四、实验步骤
1、将函数发生器（B5）单元的S1置“阶跃”档，S2置“0.2-6s ”档。
2、安置短路套
3、测控连线 模块号 跨接座号
1 A1 S2，S6
2 A2 S1，S6
3 A3 S1，S8，S9，S10，S11
4 A4 S4，S9
5 A5 ‘S-ST ’
4、虚拟示波器
示波器输入端 信号输出端
CH1选‘X1’档 A6单元的（OUT ）
CH2选‘X2’档 B5单元的OUT
5、运行，观察，记录
（1）进入LABACT 文件夹，双击DELCFG 文件，选择“删除”复选框更新程序，再双击LABACT 图标，进入实验操作界面。
（2）选择界面的“工具”菜单选项中“双迹示波器”项，弹出双迹示波器界面，点击“开始”，用虚拟示波器观察和调整系统输入信号：
a 、调节B5单元的调幅电位器使OUT 输出电压为2.5v
b 、调节调宽电位器使OUT 输出宽度>2秒
（3）运行LABACT 程序，选择微机控制菜单下的数子PID 控制实验项目，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器界面，点击开始后自动加载相应源文件，再点击发送，可用普通示波器或虚拟示波器显示实验结果曲线。
（4）在程序运行中，随时可以修改控制系数PID ，然后点击发送，无需点击停止，只需在观察实验结果时，才需点击停止。
（5）显示界面中采样周期T （1-99）*5ms ，“控制系数”栏的比例系数Kp （0.00-2.00）、调节器的积分时间Ti （1-199ms ）、调节器的微分时间常数Td （0-200ms ），均可由用户在界面上直接修改以获得理想结果。
改变Kp ，Ti ，Td 这些参数后，只要再次点击发送键。
此实验显示界面中已设置T=4*5=200ms,Kp=0.6,Ti=100ms,Td=30ms 。
五、实验结果
1
输入信号R B5（out ）→A1(H1) 2
运放级联 A1（out ）→A2(H1) 3
信号连接 A2（out ）→B8(IN7) 4
信号连接 B2（out2）→A3(H1) 5
运放级联 A3（out ）→A6(H1) 6
负反馈 跨接元件（100k ） A6（out ）→A2(H1) 7 元件库（A7）中的可变电阻跨接到A6单元（IN ）
和（OUT ）之间。