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1、微分先行的PID控制算法实验目的通过上机实践操作，使学生能够直观理解课堂上所讲的内容。学生在计算机上结合课程教学用的Matlab语言或Simulink构建仿真模型实现微分先行的PID控制算法，培养学生的动手实践能力。实验内容用Matlab语言或Simulink构建仿真模型实现微分先行的PID控制算法题目：控制对象为，采样时间为20s，输入信号为带有高频干扰的方波信号：，执行机构输出限制在-10,10,仿真时间为8000s；其中,.试采用微分先行的PID控制算法和标准PID控制算法实现后，比较两种控制算法的输入/输出、控制量。实验原理微分先行PID控制算法：式中。实验程序：clear all;c
2、lose all;ts=20;M=2;ki=0.006;kd=18;kp=0.3;gama=0.4;sys=tf(1,70 1,inputdelay,80);dsys=c2d(sys,ts,zoh);num,den=tfdata(dsys,v);ud_1=0;y_1=0;e_1=0;ei=0;u_1=0;u_2=0;u_3=0;u_4=0;u_5=0;Td=kd/kp;c1=gama*Td/(gama*Td+ts);c2=(Td+ts)/(gama*Td+ts);c3=Td/(gama*Td+ts);%微分先行算法中的参数c1，c2，c3for k=0:1:400 time(k+1)=k*ts
3、; y(k+1)=-den(2)*y_1+u_5*num(2); %输出量 ud(k+1)=c1*ud_1+c2*y(k+1)-c3*y_1; %控制量 ud_1=ud(k+1); r(k+1)=sign(sin(0.0005*pi*time(k+1)+0.05*sin(0.03*pi*time(k+1); if M=1 e(k+1)=r(k+1)-ud(k+1); ei=ei+e(k+1)*ts; %积分项累加值 u(k+1)=kp*e(k+1)+ki*ei; %控制量 else e(k+1)=r(k+1)-y(k+1); ei=ei+e(k+1)*ts; u(k+1)=kp*e(k+1)+
4、ki*ei+kd*(e(k+1)-e_1)/ts; end if u(k+1)10 %控制量限幅 u(k+1)=10; else if u(k+1)-10 u(k+1)=-10; end end y_1=y(k+1); u_5=u_4;u_4=u_3;u_3=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k+1);e_1=e(k+1);endhold on;if M=1 figure(1); plot(time,r,r,time,y,b);xlabel(时间（单位：s）);ylabel(输入/输出); legend(输入,微分先行PID输出);else figure(1); plot(time,r,r,time,y,b);xlabel(时间（单位：s）);ylabel(输入/输出); legend(输入,普通PID输出);endfigure(2);plot(time,u,r);xlabel(时间（单位：s）);ylabel(控制量);legend(微分先行PID控制算法控制量);实验结果微分先行PID算法结果：普通PID算法结果：结果及分析通过比较两种PID 算法的输出可发现，当输入r(t)具有高频干扰信号时，采用微分先行PID算法，只对输出进行微分，可以避免给定值频繁升降引起的振荡，改善系统动态特性。
