《大作业计算机控制技术实验报告基于Matlab的PID控制算法仿真(深圳大学)》由会员分享,可在线阅读,更多相关《大作业计算机控制技术实验报告基于Matlab的PID控制算法仿真(深圳大学)(9页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、深深 圳圳 大大 学学 实实 验验 报报 告告课程名称:课程名称:计算机控制技术计算机控制技术实验项目名称:实验项目名称:基于基于 MatlabMatlab的的 PIDPID控制算法仿真控制算法仿真学院:学院:机电与控制工程学院机电与控制工程学院专业:专业:自动化自动化指导教师:指导教师:杨蓉杨蓉报告人:报告人: . .学号:学号:. .班级:班级:3 3实验时间:实验时间:2012.5.262012.5.26实验报告提交时间:实验报告提交时间:2012.6.42012.6.4教务部制教务部制实验目的与要求:(一)用 Matlab 的仿真工具 Simulink 分别做出数字 PID 控制器的两
2、种算法(位置式和增量式)进行仿真;(二)被控对象为一阶惯性环节 D(s) = 1 / (5s+1);(三)采样周期 T = 1 s;(四)仿真结果:确定 PID 相关参数,使得系统的输出能够很快的跟随给定值的变化,给出例证,输入输出波形,程序清单及必要的分析。方法、步骤:(一)位置式:(1)列出算法表达式;(2)列出算法传递函数;(3)建立 Simulink 模型;(4)准备工作:双击step,将 sample time 设置为 1 以符合采样周期 T = 1 s 的要求;选定仿真时间为 500;(5)仿真完毕、运行。(二)增量式:(1)列出算法表达式;(2)列出算法传递函数;(3)建立 Si
3、mulink 模型;(4)准备工作:分别双击 step、 Integer Delay,将 sample time 设置为 1 以符合采样周期 T = 1s ;选定仿真时间为 50;(5)仿真完毕、运行。实验过程及内容:(一)位置式:(1)列出算法表达式:位置式 PID 控制算法表达式为:(2)列出算法传递函数:(3)建立 simulink 模型:(4)准备工作:双击 step,将 sample time 设置为 1 以符合采样周期 T = 1 s 的要求;选定仿真时间为 500。第一步是先获取开环系统的单位阶跃响应,在 Simulink中,把反馈连线、微分器、积分器的输出连线都断开,并将Kp的
4、值置为 1,调试之后获取响应值。再连上反馈线,再分别接上微分器、积分器,仿真,调试仿真值。(二)增量式:(1)列出算法表达式:增量式 PID 控制算法表达式为:(2)列出算法传递函数:(3)建立 simulink 模型:(4)准备工作:双击 step,将 sample time 设置为 1 以符合采样周期 T = 1 s 的要求;选定仿真时间为 500。第一步是先获取开环系统的单位阶跃响应,在 Simulink中,把反馈连线、微分器、积分器的输出连线都断开,并将Kp的值置为 1,调试之后获取响应值。再连上反馈线,再分别接上微分器、积分器,仿真,调试仿真值。数据处理分析:(一)位置式:1.P1.
5、P 控制整定控制整定仿真运行完毕,双击“scope”得到下图将 Kp 的值置为 0.5,并连上反馈连线。仿真运行完毕,双击“scope”得到下图效果不理想,再将 Kp 的值置为 0.2,并连上反馈连线。P 控制时系统的单位阶跃响应图如下:2.PI2.PI 控制整定控制整定(比例放大系数仍为 Kp=0.2)经多次输入 Ki的值,发现 Ki=1 时,系统的输出最理想,选定仿真时间,仿真运行, 运行元毕后. 双击 Scope 得到以下结果3.PID3.PID 控制整定控制整定经多次输入调试,Kd 的值置为 0.5 时,系统能最快地趋向稳定。双击 scope 可得:从上面三张图可以看出. PI、PID
6、 控制二者的响应速度基本相同,且系统稳定的输出值也相同。Kp、Ki、Kd 分别取 0.2、1、0.5。(二)增量式:1. 1.对对 P P控制整定控制整定仿真运行完毕,双击“scope”得到下图将 Kp 的值置为 2.5,并连上反馈连线。P 控制时系统的单仲阶跃响应图如下:无论如何更改 Kp 的值,都是呈现出下坡趋势。2. 2.对对 PIPI 控制整定控制整定(比例放大系数仍为 Kp=0.25)经多次输入 Ti 的值,发现 Ki=0.3 时,系统的输出最理想。仿真运行完毕后. 双击 Scope 得到以下结果,如下图:3. 3.对对 PIDPID 控制整定控制整定当 Kd 的值置为 3 时,如下
7、图由图可得,系统非常不稳定。将 Kd 的值置为 0.5,双击 scope 可得:继续调节,将 Kd 的值置为 0.3,双击 scope。虽然 Kp 在等于 0.5 跟 0.3 时,图像相差不大,但很明显当Kp 置为 0.3 时,系统能够更快地趋向平衡,因此取 Kp 为 0.3.从上面三张图可以看出. P 调节下最不稳定,而 PID 控制下,系统最稳定,且调节时间最短。Kp,Ki,Kd 分别取 2.5、0.3、0.3。实验结论:通过这次实验可以得出,不同形式的 PID 控制说所达到的效果是不同的,这将便于我们根据系统具体的情况去做出相应的调整,用最少的路径去达到系统的稳定平衡。对于位置式的 P、PI、PID 控制,P 控制的系统难以到达稳定状态,所需要的时间很长。而 PI 控制与 PID 控制到达稳定状态的能力基本相同;对于增量式的 P、PI、PID 控制,P 控制同样难以达到稳定状态,一直呈现下降趋势。PI 控制相比于 PID 控制, PI 控制同样也能通过调节使得系统达到平衡状态,但 PID控制的系统呈现出更快,更精准的稳定趋势。指导教师批阅意见:成绩评定:指导教师签字:年月日备注:注:1、报告内的项目或内容设置,可根据实际情况加以调整和补充。2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后 10 日内。