PID-控制仿真实验Word版
过程控制与自动化仪表PID控制仿真实验
过程控制与自动化仪表 PID控制仿真实验1. 设有一温度控制系统，温度测量范围是 0 ~ 600℃，温度采用PID 控制，控制指标为 450±2℃。
已知比例系数K 4 ,积分时间T 60 s ，微分时间T 5s，P I D采样周期T 5s 。
当测量值c(n) 448，c(n 1) 449 ，c(n 2) 442 时，计算增量输出u(n)。
若u (n 1) 1860 ，计算第 n 次阀位输出u (n)。
2. 下图为锅炉液位的控制方案，说明什么是被控变量、控制变量和干扰？请分析控制过程。
解：由图知，被控量是锅炉液位高度，控制变量是给水量的大小，干扰是释放的蒸汽量。
控制过程：由液位变送器LT监控液位高度，当实际液位低于设定水位高度，液位控制器LC加大给水量，使得水流量增加，液位高度上升，直到接近设定水位高度；当实际液位高于设定水位，液位控制器LC减小给水量，使得水流量减少，从而使锅炉液位高度下降，接近设定水位高度。
3. 建立如下所示 Simulink 仿真系统图。
利用 Simulink 仿真软件进行如下操作：1. 建立如图所示的 Simulink 原理图。
2. 双击原理图中的 PID 模块，浮现参数设定对话框，将 PID 控制器的积分增益和微分增益改为 0，使其具有比例调节功能，对系统进行纯比例控制。
3. 进行仿真，观测系统的响应曲线，分析系统性能；然后调整比例增益，观察响应曲线的变化，分析系统性能的变化。
4. 重复(步骤 2,3)，将控制器的功能改为比例微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例微分的作用。
5. 重复(步骤 2,3)，将控制器的功能改为比例积分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分的作用。
6. 重复(步骤 2,3)，将控制器的功能改为比例积分微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分微分的作用。
7. 将 PID 控制器的积分微分增益改为 0，对系统进行纯比例控制。
不断修改比例增益，使系统输出的过度过程曲线的衰减比 n=4，记下此时的比例增益值。
PID控制算法的MATLAB仿真研究Word版
计算机控制技术实验报告题目PID控制算法的MATLAB仿真研究班级姓名学号一、 目的和要求1. 目的(1) 通过本课程设计进一步巩固PID 算法基本理论及数字控制器实现的认识和掌握，归纳和总结PID 控制算法在实际运用中的一些特性。
(2) 熟悉MATLAB 语言及其在控制系统设计中的应用，提高学生设计控制系统程序的能力。
2. 要求通过查阅资料，了解PID 算法的研究现状和研究领域，充分理解设计内容，对PID 算法的基本原理与运用进行归纳和总结，并独立完成设计实验和总结报告。
二、 基本内容及步骤1. 任务的提出采用纯滞后的一阶惯性环节作为系统的被控对象模型，传递函数为()1d sf Ke G s T sτ-=+，其中各参数分别为:， 630f T =，60d τ=。
对PID 控制算法的仿真研究可从以下四个方面展开。
(1) PID 控制器调节参数的整定。
PID 参数的整定对控制系统能否得到较好的控制效果是至关重要的，PID 参数的整定方法有很多种，可采用理论整定法（如ZN 法）或者实验确定法（如扩充临界比例度法、试凑法等），也可采用模糊自适应参数整定、遗传算法参数整定等新型的PID 参数整定方法。
选择某种方法对参数整定后，在MATLAB 上对系统进行数字仿真，绘制系统的阶跃响应曲线，从动态特性的性能指标评价系统控制效果的优劣。
(2)改变对象模型参数，通过仿真实验讨论PID 控制参数在被控对象模型失配情况下的控制效果。
由于在实际生产过程的控制中，用模型表示被控对象时往往存在一定误差，且参数也不可能是固定不变的。
在已确定控制器最优PID 调节参数下，仿真验证对象模型的三个参数（）中某一个参数变化（不超过原值的±5%）时，系统出现模型失配时控制效果改变的现象并分析原因。
(3)执行机构非线性对PID 控制器控制效果的分析研究。
在控制器输出后加入非线性环节（如饱和非线性、死去非线性等），从仿真结果分析，讨论执行机构的非线性对控制效果的影响。
PID仿真实验报告
PID仿真实验报告PID控制是一种经典的控制方法，被广泛应用于工业自动化控制系统中。
本次实验主要针对PID控制器的参数调整方法进行仿真研究。
实验目的：1.研究PID控制器的工作原理；2.了解PID参数调整的方法；3.通过仿真实验比较不同PID参数对系统控制性能的影响。
实验原理：PID控制器由比例（P）、积分（I）、微分（D）三个控制部分组成。
比例控制：输出与误差成比例，用来修正系统集成误差；积分控制：输出与误差的积分关系成比例，用来修正系统持续存在的静态误差；微分控制：输出与误差变化率成比例，用来修正系统的瞬态过程。
PID参数调整方法有很多种，常见的有经验法、Ziegler-Nichols法和优化算法等。
实验中我们使用经验法进行调整，根据系统特性来进行手动参数调整。
实验装置与步骤：实验装置：MATLAB/Simulink软件、PID控制器模型、被控对象模型。
实验步骤：1. 在Simulink中建立PID控制器模型和被控对象模型；2.设定PID控制器的初始参数；3.运行仿真模型，并记录系统的响应曲线；4.根据系统响应曲线，手动调整PID参数；5.重复第3步和第4步，直到系统的响应满足要求。
实验结果与分析：从图中可以看出，系统的响应曲线中存在较大的超调量和震荡，说明初始的PID参数对系统控制性能影响较大。
从图中可以看出，系统的响应曲线较为平稳，没有出现明显的超调和震荡。
说明手动调整后的PID参数能够使系统达到较好的控制效果。
总结与结论：通过本次实验，我们对PID控制器的参数调整方法进行了研究。
通过手动调整PID参数，我们能够改善系统的控制性能，提高系统的响应速度和稳定性。
这为工业自动化控制系统的设计和优化提供了参考。
需要注意的是，PID参数的调整是一个复杂的工作，需要结合具体的控制对象和要求进行综合考虑。
而且，不同的参数调整方法可能适用于不同的控制对象和场景。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的参数调整方法，并进行实验验证。
完整word版,03PLC温度PID控制
成绩评定表课程设计任务书摘要PLC具有通用性强，使用方便，适用面广，可靠性高，抗干扰能力强，易于编程等特点。
PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
本次PLC课程设计为温度PID控制，顾名思义就是用PID的算法去控制温度，使之快速、稳定、准确的达到要求的温度值。
在硬件方面主要用到温度控制单元、计算机、S7-200 PLC；而软件方面则通STEP7-Micro/WIN32编程软件对PLC的PID指令进行操作。
实验需要在温度控制单元上进行连线，应用PLC的扩展模块——模拟量输入模块和模拟量输出模块对反馈回来的值进行处理,然后再送往PLC的CPU。
可以用软件进行监控，观察系统达到稳定的时间，然后不断改变PID系数，使系统达到最佳。
关键字：PLC；PID；受热体；加热器；温度控制目录摘要 (3)一、概述 (1)1.1 PLC简述 (1)1.2 PLC工作原理 (1)二、硬件设计 (2)2.1 控制要求 (2)2.2 选择PLC型号和硬件 (2)2.2.1 PLC型号选择 (2)2.2.2 硬件选择 (2)2.3 S7-200 PLC的PID功能指令 (3)2.4 系统设计流程图 (5)2.5 I/O分配表 (6)2.6 I/O接线图 (6)三、软件设计 (8)3.1 软件梯形图 (8)3.2 语句表 (11)四、调试 (13)4.1 程序调试 (13)4.2 硬件调试 (13)结束语 (14)参考文献 (15)一、概述1.1 PLC简述可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
1.2 PLC工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的，即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器的程序。
(完整word版)PID控制
1。
模拟PID 控制1.1 模拟PID 控制的原理常规的模拟PID 控制系统原理框图如图1所示，该系统由模拟PID 控制器和被控对象组成。
其中r(t ）为系统给定值,c(t)为系统的实际输出值,给定值域实际输出值构成控制偏差e （t))()()(t c t r t e -= （1-1))(t e 作为PID 控制器的输入，)(t u 作为PID 控制器的输出和被控对象的输入.所以，模拟PID控制器的控制规律为⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⎰tdi p dt t de T dt t e T t e K t u 0)()(1)()( （1-2） 式中：p K ——比例系数； i T --积分时间常数；d T —-微分时间常数.对应的模拟PID 调节器的传递函数为:)11()()()(s T sT K s E s U s D d i p ++==(1—3)图1-1 模拟PID 控制结构框图1。
2 PID 控制器各部分的作用从式（1—2)看到，PID 控制器的控制输出由比例、积分、微分三部分组成。
这三部分分别是:（1）比例部分)(t e K P在比例部分，比例系数p K 的作用在于加快系统的响应速度，提高系统调节精度。
加大p K 值，可以提高系统的开环增益，加快系统的响应速度，减小系统稳态误差，从而提高系统的控制精度，但会降低系统的相对稳定性,甚至可能造成闭环系统不稳定，使系统动、静态特性变坏。
（2）积分部分⎰tip dt t e T K 0)(从积分部分的数学表达式可以知道，只要存在偏差,则它的控制作用就会不断积累。
由于积分作用，当输入e(t)消失后,输出信号的积分部分⎰tip dt t e T K 0)(有可能是一个不为零的常数。
可见,积分部分的作用可以消除系统的偏差。
在串联校正时，采用I 控制器可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能。
但积分控制使系统增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生90°的相角滞后，于系统的稳定性不利。
《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超详细论文WORD
速度允许的条件下，采样周期短，则控制品质好；当过程的纯滞后时间较长时，一般选取采样周期
为纯滞后时间的1/4～1/8。
2.4参数调整规则的探索
人们通过对PID控制理论的认识和长期人工操作经验的总结，可知PID参数应依据以下几点来
础上，用凑试法进一步完善。
表2－1的控制参数，实际上是按衰减度为1/4时得到的。通常认为1/4的衰减度能兼顾到稳定
性和快速性。如果要求更大的衰减，则必须用凑试法对参数作进一步的调整。
2.3.4采样周期的选择
香农（Shannon）采样定律：为不失真地复现信号的变化，采样频率至少应大于或等于连续
信号最高频率分量的二倍。根据采样定律可以确定采样周期的上限值。实际采样周期的选择还要受
界振荡周期Tu。
临界比例度法步骤：
1、将调节器的积分时间Ti置于最大（Ti=∞），微分时间置零（Td=0），比例系数Kp适当，
平衡操作一段时间，把系统投入自动运行。
2、将比例系数Kp逐渐增大，得到等幅振荡过程，记下临界比例系数Ku和临界振荡周期Tu值。
3、根据Ku和Tu值，采用经验公式，计算出调节器各个参数，即Kp、Ti和Td的值。
例系数，使系统对阶跃输入的响应达到临界状态，这时记下比例系数Ku、临界振荡周期为Tu，根
©Sunplus Technology Co., Ltd.
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V1.1 – Jan 23, 2006
PID调节控制做电机速度控制
据Z－N提供的经验公式，就可以由这两个基准参数得到不同类型控制器的参数，如表2－1所示。
按“先P再I最后D”的操作程序将调节器整定参数调到计算值上。若还不够满意，可再作进一
(完整word版)matlabPID(比例微分控制)KP,KI,KD讨论
武汉工程大学实验报告Lab ReportWuhan Institute of Technology 课程：自动控制原理实验名称：控制系统的根轨迹分析学院：电气信息学院实验日期：11月28日实验报告日期：12月1日班级：2015级测控技术与仪器1-2班姓名：余文广学号：1504200327报告退发( 订正、重做)同组人：无教师审批签字_________________________评分：实验名称: 控制系统的根轨迹分析 实验目的：初步了解基于Simulation 的控制系统数字仿真方法掌握基于Matlab 的控制系统的根轨迹分析方法 实验任务：1） 已知单位反馈控制系统的开环传递函数为01()(1)(5)G s s s s =++，试设计PID控制器，并进行单位阶跃响应分析。
2） 被控对象的传递函数为2400()(30200)G s s s s =++，用Simulink 建模并分析其单位阶跃响应。
用MATLAB 命令绘出其根轨迹图。
实验步骤：总述：第一部分为课本上1.)2)(1(*k ++s s s 、2.)222^()2(*+++s s s s k 以及例B-3题的Matlab 根轨迹图仿真。
第二部 分详细讨论实验报告上的（1）（2） 第三部分为总结 一．熟悉基本知识1. Continuous （连续环节）2. Discontinuities(非线性环节)3. Discrete （离散环节 ）4. Math Operations （数学运算环节）5. Sinks （输出方式）6.Sources（输入源）7.Pole极点8.damping（阻尼）第一部分：根轨迹绘图图1-1 例题B-3截图1.说明：如上图可见，左图为零极点分布，右图为关于K的根轨迹图，中间为程序图。
有两个对称的复数极点，零点一个，即可判断根轨迹有两条分支，如右图所示。
同时也可根据计算计算出相应分离点渐进线交点、渐进线与实轴交点等。
(完整word版)基于BP神经网络的自整定PID控制仿真
基于BP神经网络的自整定PID控制仿真一、实验目的1.熟悉神经网络的特征、结构及学习算法。
2.通过实验掌握神经网络自整定PID的工作原理。
3.了解神经网络的结构对控制效果的影响。
4. 掌握用Matlab实现神经网络控制系统仿真的方法。
二、实验设备及条件1.计算机系统2.Matlab仿真软件三、实验原理在工业控制中，PID控制是工业控制中最常用的方法。
这是因为PID控制器结构简单，实现简单，控制效果良好，已得到广泛应用。
但是，PID具有一定的局限性：被控制对象参数随时间变化时，控制器的参数难以自动调整以适应外界环境的变化。
为了使控制器具有较好的自适应性，实现控制器参数的自动调整，可以采用神经网络控制的方法。
利用神经网络的自学习这一特性，并结合传统的PID控制理论，构造神经网络PID控制器，实现控制器参数的自动调整。
基于BP神经网络的PID控制器结构如图4所示。
控制器由两部分组成：一是常规PID控制器，用以直接对对象进行闭环控制，且3个参数在线整定；二是神经网络NN，根据系统的运行状态，学习调整权系数，从而调整PID参数，达到某种性能指标的最优化。
图4中神经网络采用结构为4-5-3型的BP网络。
BP网络是一种单向传播的多层前向网络。
输入节点对应系统的运行状态量，如系统的偏差与偏差变化率，必要时要进行归一化处理。
输入变量的个数取决于被控系统的复杂程度，输出节点对应的是PID的3个可调参数。
由于输出不能为负，所以输出层活化函数取2()(1)()(1)1(1)a k y k y k u k y k -=+-+-非负的Sigmoid 函数，隐含层取正负对称的Sigmoid 函数。
本系统选取的BP 网络结构如图5所示。
网络的学习过程由正向和反向传播两部分组成。
如果输出层不能得到期望输出，那么转入反向传播过程，通过修改各层神经元的权值，使得误差信号最小。
输出层节点分别对应3个可调参数K p 、K i 、K d 。
《2024年电液伺服系统模糊PID控制仿真与试验研究》范文
《电液伺服系统模糊PID控制仿真与试验研究》篇一一、引言随着现代工业自动化技术的飞速发展，电液伺服系统作为重要组成部分，在众多领域中发挥着重要作用。
然而，由于电液伺服系统存在非线性、时变性和不确定性等特点，其控制问题一直是研究的热点和难点。
传统的PID控制方法在面对复杂多变的环境时，往往难以达到理想的控制效果。
因此，本文提出了一种基于模糊PID控制的电液伺服系统控制策略，并进行了仿真与试验研究。
二、电液伺服系统概述电液伺服系统主要由液压泵、液压马达、传感器和控制器等部分组成。
它利用电信号驱动液压系统工作，实现对负载的精确控制。
由于其具有高精度、快速响应等特点，在机械制造、航空航天、船舶等领域得到了广泛应用。
然而，由于电液伺服系统的复杂性，其控制问题一直是研究的重点。
三、模糊PID控制策略针对电液伺服系统的特点，本文提出了一种模糊PID控制策略。
该策略结合了传统PID控制和模糊控制的优点，通过引入模糊逻辑对PID参数进行在线调整，以适应系统参数的变化和环境干扰。
模糊PID控制策略能够在保证系统稳定性的同时，提高系统的响应速度和抗干扰能力。
四、仿真研究为了验证模糊PID控制策略的有效性，本文进行了仿真研究。
首先，建立了电液伺服系统的数学模型和仿真模型。
然后，分别采用传统PID控制和模糊PID控制对模型进行仿真实验。
通过对比两种控制策略的响应速度、稳态精度和抗干扰能力等指标，发现模糊PID控制在电液伺服系统中具有更好的性能。
五、试验研究为了进一步验证模糊PID控制策略的实用性，本文进行了试验研究。
在试验过程中，首先搭建了电液伺服系统的试验平台，然后分别采用传统PID控制和模糊PID控制对实际系统进行控制。
通过对比两种控制策略的试验结果，发现模糊PID控制在电液伺服系统中具有更高的稳态精度和更快的响应速度。
此外，在面对环境干扰时，模糊PID控制也表现出更强的抗干扰能力。
六、结论本文通过对电液伺服系统的模糊PID控制进行仿真与试验研究，验证了该策略的有效性。
PID 控制仿真实验
《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MA TLAB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MA TLAB 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。
控制仿真实验报告
控制仿真实验报告控制仿真实验报告引言：控制仿真实验是一种通过计算机模拟系统行为，以验证和优化控制算法的方法。
在现代工程领域中，控制仿真实验在设计和开发过程中扮演着重要的角色。
本文将介绍一次控制仿真实验的过程和结果，探讨仿真实验的意义和应用。
1. 实验目标本次控制仿真实验的目标是设计和评估一种PID控制器，用于稳定一个机械臂的运动。
通过仿真实验，我们希望验证该控制器是否能够使机械臂达到预定的位置和速度，并且具有良好的鲁棒性和响应速度。
2. 实验设置在仿真软件中，我们建立了一个包含机械臂、传感器和控制器的模型。
机械臂由多个关节组成，可以在三维空间中进行运动。
传感器用于测量机械臂的位置和速度，并将这些信息反馈给控制器。
控制器根据传感器的反馈信息和预定的目标，计算出控制信号，控制机械臂的运动。
3. 实验步骤首先，我们根据机械臂的物理参数和运动方程，建立了仿真模型。
然后，我们选择了PID控制器作为控制算法，并根据经验设定了合适的参数。
接下来，我们进行了一系列仿真实验，分别测试了机械臂在不同位置和速度下的控制效果。
在每次实验中，我们记录了机械臂的运动轨迹、控制信号和误差。
4. 实验结果通过对实验数据的分析，我们得到了以下结论：- PID控制器能够使机械臂达到预定的位置和速度，并且具有良好的鲁棒性。
在不同位置和速度的情况下，控制器都能够快速且稳定地将机械臂调整到目标状态。
- 在实验过程中，我们发现控制器的参数对控制效果有着重要的影响。
通过调整PID参数，我们可以改变控制器的响应速度和稳定性。
- 在某些情况下，机械臂可能会出现振荡或超调的现象。
这时，我们可以通过调整PID参数或者采用其他控制算法来改善控制效果。
5. 实验讨论控制仿真实验为我们提供了一个安全、经济且高效的方法，用于验证和优化控制算法。
通过仿真实验，我们可以在实际系统投入运行之前，对控制器的性能进行评估和改进。
同时，仿真实验还能够帮助我们理解系统的动态特性，探索不同控制策略的优缺点。
PID控制及仿真
广州航海学院计算机控制的理论基础实验报告 专业班级 电气16 姓名学号 冯 实验名称 PID 控制及仿真 实验日期 2019.12.20 实验组号 指导教师 李老师（报告内容包括：实验目的、实验设备及器材、实验步骤、实验数据、图标及曲线处理、实验小结等）一、实验目的1．了解常用的计算机控制算法；2．熟悉模拟PID 控制的基本原理及控制参数的作用；3．掌握数字PID 控制算法及其仿真。
二、实验设备及器材PC 机一台三、实验步骤及内容1. 位置式PID 控制仿真1.1位置式PID 控制程序如下：1.1.1创建PlantModel 的M 文件并保存function dy=PlantModel(t,y,flag,para) %定义PlantModel 函数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;1.1.2位置式PID 程序如下clear all ; %清除所有close all ; %关闭所有ts=0.001; %设置采样时间xk=zeros(2,1); %设置矩阵e_1=0;u_1=0;for k=1:1:2000 %设置循环函数以及采样时刻time(k)=k*ts;rin(k)=0.50*sin(1*2*pi*k*ts); %设置输入为正弦函数para=u_1;tSpan=[0 ts];[tt,xx]=ode45('PlantModel',tSpan,xk,[ ],para); %调用PlantModel函数xk=xx(length(xx),:); %输出xx的长度yout(k)=xk(1);e(k)=rin(k)-yout(k); %求出e(k)的表达式de(k)=(e(k)-e_1)/ts; %求出de(k)的表达式u(k)=20.0*e(k)+0.50*de(k); %求出u(k)的表达式if u(k)>10.0 %通过if函数取u（k）上限值或者下限值u(k)=10.0;endu_1=u(k);e_1=e(k);endfigure(1); %第一涨图片的命名plot(time,yout,'k'); %输出横坐标为时间t，纵坐标为输出响应，并且曲线为黑色xlabel('time(s)'),ylabel('yout');figure(2); %第一涨图片的命名plot(time,rin-yout,'k'); %输出横坐标为时间t，纵坐标为偏差变化，并且曲线为黑色xlabel('time(s)'),ylabel('error'); %设置横坐标为时间t，纵坐标为偏差变化1.1.3仿真结果如下输出相应曲线偏差曲线1.2位置式PID控制小结通过仿真结果可以看出只要PID参数设置合适，参考输入为正弦函数信号，系统输出能够较好地跟踪参考输入。
基于内模原理的PID控制器参数整定仿真实验
基于内模原理的PID 控制器参数整定仿真实验1. 内模控制内模控制器(IMC)就是内部模型控制器(Internal model controller)的简称,由控制器与滤波器两部分组成,两者对系统的作用相对独立,前者影响系统的响应性能,后者影响系统的鲁棒性。
它就是一种实用性很强的控制方法,其主要特点就是结构简单、设计直观简便,在线调节参数少,且调整方针明确,调整容易。
特别就是对于鲁棒及抗扰性的改善与大时滞系统的控制,效果尤为显著。
因此自从其产生以来,不仅在慢响应的过程控制中获得了大量应用,在快响应的电机控制中也能取得了比PID 更为优越的效果。
IMC 设计简单、跟踪性能好、鲁棒性强,能消除不可测干扰的影响,一直为控制界所重视内模控制( Internal Model Control IMC ) 就是一种基于过程数学模型进行控制器设计的新型控制策略。
其设计简单、控制性能良好, 易于在线分析。
它不仅就是一种实用的先进控制算法, 而且就是研究预测控制等基于模型的控制策略的重要理论基础, 也就是提高常规控制系统设计水平的有力工具。
值得注意的就是,目前已经证明,已成功应用于大量工业过程的各类预测控制算法本质上都属于IMC 类,在其等效的IMC 结构中特殊之处只就是其给定输入采用了未来的超前值(预检控制系统),这不仅可以从结构上说明预测控制为何具有良好的性能,而且为其进一步的深入分析与改进提供了有力的工具。
内模控制的结构框图如图1:图1-1 内模控制的结构图其中,IMC G —内模控制器;p G —实际被控过程对象;m G —被控过程的数学模型;d G —扰动通道传递函数。
(1)当0)(,0)(≠=s G s R d 时,假若模型准确,即)()(s G s G m p =,由图可知,)]()(1)[()]()(1)[()(IMC IMC s G s G s G s G s G s G s Y m d d -=-=p ,假若“模型可倒”,即)(1s G m 可以实现,则可令)(1)(IMC s G s G m =,可得0)(=s Y ,不管)(s G d 如何变化,对)(s Y 的影响为零。
PID控制实验报告
实验题目：PID控制实验学生姓名：学号：区队：日期：学科名称现代控制系统实验实验目的 1. 理解一阶倒立摆的工作机理及其数学模型的建立及简化的方法；掌握使用Matlab/Simulink软件对控制系统的建模方法；2. 通过对一阶倒立摆控制系统的设计;理解和掌握闭环PID控制系统的设计方法；3. 掌握闭环PID控制器参数整定的方法；理解和掌握控制系统设计中稳定性、快速性的权衡以及不断通过仿真实验优化控制系统的方法..实验设备倒立摆实验箱、MATLAB6.5实验原理PID控制原理分析：由前面的讨论已知实际系统的物理模型：Kp=30;Ki=0;Kd=0.560122.6)(2-=ssG对于倒立摆系统输出量为摆杆的角度;它的平衡位置为垂直向上的情况..系统控制结构框图如图3-37;图中KDs是控制器传递函数;Gs是被控对象传递函数..图1 PID控制结构框图其中sKsKKsKDDIP++=)(此次实验只考虑控制摆杆的角度;小车的位置是不受控的;即摆杆角度的单闭环控制;立起摆杆后;会发现小车向一个方向运动直到碰到限位信号..那么要使倒立摆稳定在固定位置;还需要增加对电机位置的闭环控制;这就形成了摆杆角度和电机位置的双闭环控制..立摆后表现为电机在固定位置左右移动控制摆杆不倒..实验步骤：1、使用MATLAB/Simulink 仿真软件建立以下控制模型：图2 PID 控制模块组成2、按照PID 参数整定方法调整PID 参数;设计PID 控制器..3、在倒立摆教学实验软件中进行PID 控制器的仿真验证.. 实验结果：1、PID 参数整定：设置PID 控制器参数;令Kp=1;Ki=0;Kd=0;仿真得到以下图形：1234567891000.511.522.533.544.5x 1030时间t/s摆杆角度Kp=1，Ki=0，Kd=0从图中看出;曲线发散;控制系统不稳定..令Kp=20;Ki=0;Kd=0;仿真得到以下图形：24681000.511.522.533.54时间t/s摆杆角度Kp=20，Ki=0，Kd=0令Kp=30，Ki=0，Kd=0.5令Kp=30，Ki=0，Kd=0.5令Kp=30，Ki=0，Kd=1令Kp=30，Ki=0，Kd=0.5，仿真得到以下图形：令Kp=30，Ki=0，。
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。
PID仿真实验
实验1 闭环控制系统仿真实验——PID 控制算法仿真一、实验目的1．掌握PID 控制规律及控制器实现。
2．掌握用Simulink 建立PID 控制器及构建系统模型与仿真方法。
二、实验设备计算机、MATLAB 软件 三、实验原理在模拟控制系统中，控制器中最常用的控制规律是PID 控制。
PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差。
PID 控制规律写成传递函数的形式为s K sKiK s T s T K s U s E s G d p d i p ++=++==)11()()()( 式中，P K 为比例系数；i K 为积分系数；d K 为微分系数；ip i K K T =为积分时间常数；pdd K K T =为微分时间常数；简单来说，PID 控制各校正环节的作用如下：（1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。
（2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。
积分作用的强弱取决于积分时间常数i T ，i T 越大，积分作用越弱，反之则越强。
（3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。
四、实验过程1、在MA TLAB 命令窗口中输入“simulink ”进入仿真界面。
2、构建PID 控制器：（1）新建Simulink 模型窗口（选择“”）,在Simulink Library Browser 中将需要的模块拖动到新建的窗口中，根据PID 控制器的传递函数构建出如下模型：各模块如下：Math Operations 模块库中的Gain 模块，它是增益。
拖到模型窗口中后，双击模块，在弹出的对话框中将‘Gain ’分别改为‘Kp ’、‘Ki ’、‘Kd ’，表示这三个增益系数。
Continuous 模块库中的Integrator 模块，它是积分模块；Derivative 模块，它是微分模块。
PID仿真实验报告
自动控制系统结构特性及PID参数整定实验一、实验目的1、了解FESTO过程控制系统的组成、结构和功能；2、掌握PID控制器的基本原理；3、掌握试凑法对系统PID参数进行整定。
二、实验设备实验设备采用由德国FESTO生产组装的流体控制系统。
该系统由液位站、流量站、压力站、温度站和旁通站五个站点构成，其中前四个站可以独立进行水的液位、流量、压力、温度四个物理量测试和控制实验。
四个站的水路通过旁通站相连，并通过旁通站与计算机主机进行控制数据的通信。
同时在计算机端使用FESTO检控软件对控制过程进行监控。
通过该软件还可以对各个数字控制系统的比例积分微分系数以及设定值、输出值进行设定。
并可以曲线形式显示传感器的返回信号。
三、实验内容1、通过计算机监控软件，按照指导书上设定的参数对压力站进行设定，并观察系统阶跃响应曲线的变化，并记录。
2、对压力站进行PID参数的整定使得其系统的阶跃响应最优。
（自立调节目标）四、实验结果1、总结实验中液位、流量、压力、温度控制系统的共同特点。
答：(1)四个站点均为对流体的一项物理状态进行检测，并通过检测量与对应物理量预设值的比较结果控制相应的执行环节使得被控制量达到预设值。
(2)四个站点均采用闭环负反馈的控制方法实现了自动控制。
(3)四个站点均具有传感器，数字控制器、电动机、泵等主要元件。
2、分别写出液位、流量、压力、温度站的闭环控制系统结构框图。
根据实验指导书上所述原理，画出四个站点的闭环控制系统结构框图如下：液位站闭环控制系统结构框图流量站闭环控制系统结构框图压力站闭环控制系统结构框图温度站闭环控制系统结构框图3、实验数据表格记录Ⅰ、FESTO监控软件操作练习，对压力站完成以下实验：1）设定（Kp=1，Tr=0.5,Td=0）设定值W=30，观察系统阶跃响应曲线的变化。
由图线可以看出系统的响应为衰减震荡。
调节时间较长。
2）设定（Kp=5，Tr=0.5,Td=0）设定值W=30，观察系统阶跃响应曲线的变化。
(完整word版)模拟电路PID调节器.doc
实验开放课题结题报告设计课题：PID 调节器的设计专业班级：04 电子科学与技术学生姓名：骆炳福何青丽冯立平指导教师：曾祥华设计时间：2006年 8 月 10 日题目： PID 调节器的设计一、设计任务与要求1.设计一个负反馈放大电路2.能实现比例运算电路、积分电路和微分电路的功能二、方案设计与论证设计一个 PID 调节器，PID 控制器就是根据系统的误差利用比例积分微分计算出控制量，比例积分微分（ PID）控制包含比例（ P）、积分（ I ）、微分（ D）三部分，实际中也有 PI 和 PD 控制器。
上图中给出了一个 PID 控制的结构图，控制器输出和控制器输入（误差）之间的关系在时域中可用公式表示如下：公式中表示误差、控制器的输入，是控制器的输出，为比例系数、积分时间常数、为微分时间常数。
式又可表示为：公式中和分别为和的拉氏变换，，。
、、分别为控制器的比例、积分、微分系数。
三、单元电路设计与参数计算分析：上面电路中的输入支路和反馈支路中都有电阻、电容元件，因此直接在时域里求出输出与输入的关系比较困难。
如果先在S 域里求出电路的传递函数（即输出与输入的关系），再利用拉氏反变换得到时域里的输出与输入的关系，这样就比较容易些。
设由图可知在对上式进行拉氏反变换，因 S 表示微分， 1/S 表示积分。
S 一次方表示微分一次，二次方表示微分两次， S 负一次方表示积分一次，负两次方表示积分两次。
因此式中的第一、第二项表示比例运算，第三项表示微分运算，第四项表示积分运算，所以上述电路的输出输入关系为比例 - 积分 - 微分运算，又称为 PID 运算。
在自动控制系统中经常用作为 PID 调节器。
四、总原理图及元器件清单分析：根据“虚短”和“虚断”的原则，根据 u p u n0N点的电流方程为 ...........i f i 1 i c1........i c1 C 1 du........... i u 1 dt R 1输出电压 U 等于 R 上电压 u 和 C 上电压 u 之和，而U r 2 iR R 2 U 1 R 2 C 1du 1R 1 dtU c2 1 i dt 1 C 1 dudtdt u 1 dtC 2 C 2 dt R 1C 1 u 1 1 u 1 dtC 2 R1C 2所以U 0 R 2 C 1 U 1 R 2 C 1 du1 udtR 1 C 2 dt R1C 2因为电路中含有比例、积分、微分运算，故称之为PID 调节器。
PID控制特性的实验研究实验
PID 控制特性的实验研究实验一、实验目的1、学习并掌握利用MATLAB 编程平台进行控制系统复数域和频率域仿真的方法。
2、通过仿真实验研究并总结PID 控制规律及参数对系统特性影响的规律。
3、实验研究并总结PID 控制规律及参数对系统根轨迹、频率特性影响的规律，并总结系统特定性能指标下根据根轨迹图、频率响应图选择PID 控制规律和参数的规则。
二、实验设备安装了MATLAB 软件的电脑三、实验原理实验对象的结构框图：如图3.1-1 所示。
图3.1-1Gc(s)为控制器，改变控制器的控制规律，就可以得到不同的输出 Y(s)曲线。
控制器的控制规律常见的有比例控制P ，比例积分控制 PI ，比例微分控制 PD 和比例积分微分控制 PID 这几种。
在工业过程控制中广泛使用的控制器形式叫做 PID 控制器。
它的传递函数为： K i G (s ) = K + + K s c p sd 该控制器包括比例项，积分项和微分项。
时域的输出是：u (t ) = Ke (t ) + K ∫ e (t )dt + K de (t )工程上可以根据需要将PID 控制器分开分别使用:p i d dt 比例控制器（P ，Ki,Kd=0） G c (s ) = K p比例积分控制器（PI ，Kd=0） G (s ) = K + K ic p s比例微分控制器（PD, Ki=0） G c (s ) = K p + K d sPID 控制器在工业上广泛应用一方面是由于它能在各种不同的工作条件下保持良好的控制性能，即鲁棒性好；另一方面是由于其结构简单，便于参数调整和使用。
为了有效使用这种控制器，必须根据给定的对象确定它的三个参数：比例增益、积分增益和微分增益。
工程上称为参数整定。
采用根轨迹分析 PID 控制的控制作用时，PID 控制器传递函数：G (s ) = K + K i + K s = c p s d K d s 2 + K p s + K i = s K d (s 2 + as + b ) = sK d (s + z 1)(s + z 2)s式中 a =Kp/Kd, b=Ki/Kd 。
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《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!）。