计算机控制系统实验报告

计算机控制系统实验一

班级：自动化092班姓名：

一、实验目的

1：验证闭环系统可以克服干扰。

2：搭建由PID控制器组成的闭环控制系统，测试P、I、D（比例、积分、微分参数）变化对控制系统的影响。验证PID控制器对不同的控制对象都有控制作用，即控制对象的变动对PID控制器的影响不大。

3：验证PID控制器对大惯性对象的调节不明显。

二、实验步骤

1：在Simulink工具箱下构建开环系统，选择合适的对象，仿真观察开环下该系统在阶跃信号和同是阶跃信号的干扰信号的作用下系统的输出情况。

2：将上述开环系统由负反馈构成闭环，其他不变动，观察仿真结果与开环是比较，观察闭环是否可以克服干扰。

3：记录PID控制器的初试参数及初试参数下系统的输出情况，然后先后依次调节P、I、D三个参数，再观察记录系统的输出情况，并比较，得出比例、积分、和微分参数变化下对系统动态特性的影响。4；保持原来的PID控制器的参数不变，改变控制对象的传递函数，仿真，观察输出情况是否发生变化。

5：将控制对象改成大惯性环节，PID控制器保持不变，然后调节PI PID D 控制器的参数，观察阶跃信号及干扰信号下系统的输出在PID调节

下是否有明显改善。

三、实验结果及数据记录

1：开环系统

系统开环在单位阶跃信号及阶跃干扰信号下的输出情况

结果：系统开环时，在单位阶跃信号和阶跃干扰信号的作用下，系统是发散的，很显然是不稳定的。

闭环系统如下：

系统闭环下输出情况如下：

结果：系统闭环后在0时刻给定阶跃信号，在时刻10时趋于稳定，在时刻50时介入干扰信号，系统又恢复稳定，可见闭环的系统抗干扰性能上明显优于开环系统。

2：初始P 、PI 、PD 的系数都为1===D I p K K K ，被控对象为二阶系统，传递

函数为

1

5.01

)(2

++=s s s G

p K 变大到5=p K 时，系统的输出情况

p K 减小到1.0=p K 时，系统的输出情况

1==D P K K ；5=I K 时的系统输出

1==D P K K ；1.0=I K 时的系统输出

1==I P K K ;5=D K 时系统的输出

1==I P K K ;1.0=D K 时系统的输出

最佳整定：先调节比例、再调节积分、最后调微分下系统的输出情况

总的调节参数表格如下：

K P K

I

K

D

超调调整时间振荡次数

1110.444102

0.1110.585264

5110.215251

151系统在t=470时开始发散

10.110.5351001

1150.258302

110.10.6210023

108200.03781

PID控制规律总结：

1：比例调节是对偏差及时反应的，偏差一旦出现，调节立即产生控制作用，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，加大比例系数可以减小稳态误差，但是P K过大会使系统动态特性变坏，引起系统振荡，甚至导致系统出现不稳定。

2:为了消除残存的稳态误差，可以加入积分调节，积分时间常数T I 大，积分作用弱，反正积分作用强，积分具有累积成分，只要偏差不

为零，积分就起作用，引入积分可以减小超调量，提高稳定性，但是代价是降低了系统的快速性。

3：微分调节可以有效地减小超调量，克服振荡，使系统趋于稳定，但是积分作用降低了系统的抗干扰性能，有时会将干扰信号放大，影响整个系统。

控制对象变化时PID 控制器的作用效果：

对象变成1===D I p K K K 1

221)(2

++=s s s G

时的输出情况

对象变成1===D I p K K K 11

)(+=s s G 时的输出情况

结论：可见当被控对象变化后，PID 控制器依然可以有效地进行控制而参数上并不需要有太大的改动。即被控对象的变动对PID 控制器的影响不是很大。

3：当对象变成大惯性环节即传递函数为1

2001

)(+=s s G 时系统的输出情况：

PID三个参数变化后的输出情况

结论：对象是大惯性环节时，PID 控制器的比例，积分和微分参数有较大变动时，系统的输出并没有多大的变动，可见PID 控制器对大惯性环节的控制不明显。