PID-控制仿真实验Word版

《本科实验报告》填写说明

1．学员完成人才培养方案和课程标准要所要求的每个实验后，均须提交实验报告。

2．实验报告封面必须打印，报告内容可以手写或打印。

3．实验报告内容编排及打印应符合以下要求：

（1）采用A4（21cm×29.7cm）白色复印纸，单面黑字打印。上下左右各侧的页边距均为3cm；缺省文档网格：字号为小4号，中文为宋体，英文和阿拉伯数字为Times New Roman，每页30行，每行36字；页脚距边界为2.5cm，页码置于页脚、居中，采用小5号阿拉伯数字从1开始连续编排，封面不编页码。

（2）报告正文最多可设四级标题，字体均为黑体，第一级标题字号为4号，其余各级标题为小4号；标题序号第一级用“一、”、“二、”……，第二级用“（一）”、“（二）” ……，第三级用“1.”、“2.” ……，第四级用“（1）”、“（2）” ……，分别按序连续编排。

（3）正文插图、表格中的文字字号均为5号。

一、实验目的

1．能够建立和使用MATLAB平台的Simulink仿真环境；

2．能够进行数字PID控制的计算；

3．能够进行数字PID控制的参数整定；

4．能够描述大延迟被控对象对PID控制的影响。

二、实验内容

给定：被控对象为，为一小纯滞后对象，输入为单位阶

跃信号r( t ) 1( t )。

要求：应用扩充临界比例度法整定数字PID 控制器的四个控制参数：采样周期T 、比例系数p k 、积分时间常数i T 、微分时间常数d T ，并从图形上计算上升时间r t 、超调量p M 以及调整时间s t 。控制度选为1.05，数字比例控制的采样周期为min T =0.02s，仿真时间为10s。

（1）用MATLAB 的仿真工具Simulink 进行参数整定并仿真，其框图为

注意：①Simulink 中的离散环节都自带有采样器（输入端）和零阶保

持器（输出端）；②后缀为m 命令文件名不能与后缀为mdl 仿真框图文件

名相同，否则m 文件不会执行。

（2）如果被控对象为大纯滞后对象。请重复上述步骤，并比较两个被控对象PID 控制器的控制效果。控制度选为1.05，数字比例控制的采样周期为min T =0.1s，仿真时间为100s。

（3）现在参考输入改为方波信号，幅值为1，周期为2 秒（20 秒），占空比为

50%，查看上述两个不同被控对象的闭环控制系统输出的跟踪效果。

三、实验设计

写出自己的设计思路；画出电路图；画出流程图。

四、实验器材

MATLAB矩阵实验室2013a，WINDOWS7环境。

五、实验步骤

1．对小延迟被控对象进行参数整定

（1）数字比例控制

利用Simulink 画出PID 数字比例控制方框图，如下图所示。

控制器仅为数字比例控制，数字比例控制的采样周期为mi n T =0.02s，仿真时间为10s。

（2）求临界增益cr k 、临界周期cr T

从零开始增加p k 值，直到系统输出出现等幅振荡，此时p k 值记为cr k ，相应的振荡周期cr T 记为临界周期。

（3）查表计算

示波器选择控制度为1.05，查表确定PID 参数值T、p k 、Ti、Td；编写PID 参数计算m 文件，计算出b0,b1,b2。m 程序如下。

Kcr =？;

Tcr =？;

T = 0.014*Tcr;

% 原始值

kp = 0.63*Kcr;

Ti = 0.49*Tcr;

Td = 0.14*Tcr;

ki = kp*T/Ti;

kd = kp*Td/T;

b0 = kp+ki+kd;

b1 = -(kp+2*kd);

b2 = kd;

（4）观察控制效果

利用Simulink 画出PID 数字控制方框图，如下图所示。

运行PID 控制，观察控制效果（上升时间、超调量、调整时间）。

（4）微调参数

微调参数p k 、Ti、Td，使控制效果更满意。

（5）跟踪方波

现在参考输入改为方波信号，幅值为1，周期为2 秒，占空比为50%，查看控制系统输出的跟踪效果。如下图所示。

2．对大延迟被控对象进行参数整定，重复上述步骤。数字比例控制的采样周期为mi n T =0.1s，仿真时间为100s。方波信号，幅值为1，周期为20 秒，占空比为50%。

六、实验数据

Kcr =8.12

Tcr =1.65

参数整定：

跟踪方波：

七、实验分析

。

八、问题与建议

1、在做第一个实验时需要调制系统至等幅振荡的图像输出，在调节时，应当注意使用放大工具，载波等幅振荡情况更为准确。整定KP时选用二分查找的思路要快捷很多。

2、在整定PID参数和跟踪方波实验时，要注意调整三个参数的方法，应当是根据参数对图像的影响趋势调整，而不是随意选取值。

九、源程序

*.m

Kcr =8.12;

Tcr =1.65;

T = 0.014*Tcr;

% 原始值

kp = 0.68*Kcr;

Ti = 0.90*Tcr;

Td = 0.02*Tcr;

ki = kp*T/Ti;

kd = kp*Td/T;

b0 = kp+ki+kd;

b1 = -(kp+2*kd);

b2 = kd;

（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）