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1、实验六实验六 数字数字 PIDPID 控制控制一、实验目的一、实验目的1研究 PID 控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。2研究采样周期 T 对系统特性的影响。3研究 I 型系统及系统的稳定误差。二、实验仪器二、实验仪器1EL-AT-II 型自动控制系统实验箱一台2计算机一台三、实验内容三、实验内容1系统结构图如 6-1 图。图图 6-16-1 系统结构图系统结构图图中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds）Gh（s）=（1e-TS）/sGp1（s）=5/（0.5s+1） （0.1s+1） ）Gp2（s）=1/（s（0.1s+1） ）2开环系统（被控制对象）的模拟电路图如图 6-2 和
2、图 6-3，其中图 6-2 对应GP1（s）,图 6-3 对应 Gp2（s） 。图图 6-26-2 开环系统结构图开环系统结构图 1 1 图图 6-36-3 开环系统结构图开环系统结构图 2 23被控对象 GP1（s）为“0 型”系统，采用 PI 控制或 PID 控制，可使系统变为“I 型”系统，被控对象 Gp2（s）为“I 型”系统，采用 PI 控制或 PID 控制可使系统变成“II 型”系统。4当 r（t）=1（t）时（实际是方波） ，研究其过渡过程。5PI 调节器及 PID 调节器的增益Gc（s）=Kp（1+K1/s）=KpK1(（1/k1）s+1) /s =K(Tis+1)/s式中 K
3、=KpKi , Ti=（1/K1）不难看出 PI 调结器的增益 K=KpKi，因此在改变 Ki 时，同时改变了闭环增益 K，如果不想改变 K,则应相应改变 Kp。采用 PID 调节器相同。6 “II 型”系统要注意稳定性。对于 Gp2（s）,若采用 PI 调节器控制，其开环传递函数为G（s）=Gc（s）Gp2（s）=K（Tis+1）/s1/s（0.1s+1）为使用环系统稳定，应满足 Ti0.1，即 K1107PID 递推算法 如果 PID 调节器输入信号为 e（t） ，其输送信号为 u（t）,则离散的递推算法如下：u（k）=u（k-1）+q0e（k）+q1e（k-1）+q2e（k-2）其中 q
4、0=Kp（1+KiT+（Kd/T） ）q1=Kp（1+（2Kd/T） ） q2=Kp（Kd/T）T-采样周期四、实验步骤四、实验步骤 1.启动计算机，在桌面双击图标 自动控制实验系统 运行软件。2.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。3.连接被测量典型环节的模拟电路(图 6-2)。电路的输入 U1 接 A/D、D/A 卡的 DA1 输出，电路的输出 U2 接 A/D、D/A 卡的 AD1 输入。检查无误后接通电源。4.在实验课题下拉菜单中选择实验六数字 PID 控制, 鼠标单击实验课题将弹出实验课题参数设置窗口。5.输入参数 Kp
5、, Ki, Kd（参考值 Kp=1, Ki=0.02, kd=1） 。6.参数设置完成点击确认后观察响应曲线。若不满意，改变 Kp, Ki, Kd 的数值和与其相对应的性能指标p、ts 的数值。7.取满意的 Kp,Ki,Kd 值，观查有无稳态误差。8.断开电源，连接被测量典型环节的模拟电路(图 6-3)。电路的输入 U1 接 A/D、D/A 卡的 DA1 输出，电路的输出 U2 接 A/D、D/A 卡的 AD1 输入。检查无误后接通电源。9.重复 4-7 步骤。10计算 Kp，Ki，Kd 取不同的数值时对应的p、ts 的数值，测量系统的阶跃响应曲线及时域性能指标，记入表中：实验结果参数KpKiKd%Tp阶跃响应曲线五、实验结果及分析五、实验结果及分析1画出所做实验的模拟电路图。2当被控对象为 Gp1（s 时）取过渡过程为最满意时的 Kp, Ki, Kd,画出校正后的 Bode图，查出相稳定裕量和穿越频率c。3总结一种有效的选择 Kp, Ki, Kd 方法，以最快的速度获得满意的参数。六、预习要求六、预习要求1 熟悉 PID 控制器系统的组成。2 2 熟悉 PID 控制器的参数对系统稳定性的影响。
