1、實驗二 數(shù)字pid控制計算機控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量。因此連續(xù)pid控制算法不能直接使用，需要采用離散化方法。在計算機pid控制中，使用的是數(shù)字pid控制器。一、位置式pid控制算法按模擬pid控制算法，以一系列的采樣時刻點kt代表連續(xù)時間t，以矩形法數(shù)值積分近似代替積分，以一階后向差分近似代替微分，可得離散pid位置式表達式：?tu(k)?kp?e(k)?ti?k?e(j)?j?0k?td(e(k)?e(k?1)?t?e(k)?e(k?1)t ?kpe(k)?ki?e(j)t?kdj?0式中，ki?kpti，u為控制,kd?kptd，e為誤差信號（即pid控制

2、器的輸入）信號（即控制器的輸出）。在仿真過程中，可根據(jù)實際情況，對控制器的輸出進行限幅。二、連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字pid控制仿真連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字pid控制可實現(xiàn)d/a及a/d的功能，符合數(shù)字實時控制的真實情況，計算機及dsp的實時pid控制都屬于這種情況。1ex3 設被控對象為一個電機模型傳遞函數(shù)g(s)?1，式中2js?bsj=0.0067,b=0.1。輸入信號為0.5sin(2?t)，采用pd控制，其中kp?20,kd?0.5。采用ode45方法求解連續(xù)被控對象方程。 d2ydyy(s)1?，則?u，另y1?y,y2?y?2因為g(s)?，所以j2?bdtu(s)js?bsdt?yy?12，因此連續(xù)

3、對象微分方程函數(shù)ex3f.m如下 ?y?2?(b/j)y?(1/j)*u?2?function dy = ex3f(t,y,flag,para)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;控制主程序ex3.mclear all;close all;ts=0.001; %采樣周期xk=zeros(2,1);%被控對象經(jīng)a/d轉換器的輸出信號y的初值e_1=0;%誤差e(k-1)初值u_1=0;%控制信號u(k-1)初值for k=1:1:2000 %k為采樣步數(shù)time(k) = k

4、*ts; %time中存放著各采樣時刻rin(k)=0.50*sin(1*2*pi*k*ts); %計算輸入信號的采樣值para=u_1; % d/atspan=0 ts;tt,xx=ode45(ex3f,tspan,xk,para); %ode45解系統(tǒng)微分方程%xx有兩列，第一列為tt時刻對應的y，第二列為tt時刻對應的y導數(shù)xk = xx(end,:); % a/d，提取xx中最后一行的值，即當前y和y導數(shù) yout(k)=xk(1); %xk(1)即為當前系統(tǒng)輸出采樣值y(k)e(k)=rin(k)-yout(k);%計算當前誤差de(k)=(e(k)-e_1)/ts; %計算u(k)

5、中微分項輸出u(k)=20.0*e(k)+0.50*de(k);%計算當前u(k)的輸出%控制信號限幅if u(k)>10.0u(k)=10.0;endif u(k)<-10.0u(k)=-10.0;end%更新u(k-1)和e(k-1)u_1=u(k);e_1=e(k);endfigure(1);plot(time,rin,r,time,yout,b);%輸入輸出信號圖xlabel(time(s),ylabel(rin,yout);figure(2);plot(time,rin-yout,r);xlabel(time(s),ylabel(error);%誤差圖程序運行結果顯示表1

6、所示。表1 程序運行結果分析:輸出跟隨輸入，pd控制中，微分控制可以改善動態(tài)特性，調(diào)節(jié)時間縮短，允許加大比例控制，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高了控制精度.2ex4 被控對象是一個三階傳遞函數(shù)523500，采用simulink32s?87.35s?10470s與m文件相結合的形式，利用ode45方法求解連續(xù)對象方程，主程序由simulink模塊實現(xiàn)，控制器由m文件實現(xiàn)。輸入信號為一個采樣周期1ms的正弦信號。采用pid方法設計控制器，其中kp?1.5,ki?2,kd?0.05。誤差初始化由時鐘功能實現(xiàn)，從而在m文件中實現(xiàn)了誤差的積分和微分。 控制主程序：ex4.mdl控制子程序：ex4f.mfuncti

7、on u=ex4f(u1,u2)%u1為clock，u2為圖2-1中sum模塊輸出的誤差信號e的采樣值persistent errori error_1if u1=0 %當clock=0時，即初始時，e(k)=e(k-1)=0errori=0error_1=0endts=0.001;kp=1.5;ki=2.0;kd=0.05;error=u2;errord=(error-error_1)/ts;%一階后向差分誤差信號表示的誤差微分errori=errori+error*ts;%累積矩形求和計算的誤差的積分u=kp*error+kd*errord+ki*errori;%由pid算式得出的當前控制

8、信號u(k) error_1=error;%誤差信號更新圖2-1 simulink仿真程序其程序運行結果如表2所示。matlab輸出結果errori =error_1 =表2 例4程序運行結果三、離散系統(tǒng)的數(shù)字pid控制仿真1ex5 設被控對象為g(s)?523500，采樣時間為1ms，對其s3?87.35s2?10470s進行離散化。針對離散系統(tǒng)的階躍信號、正弦信號和方波信號的位置響應，設計離散pid控制器。其中s為信號選擇變量，s=1時是階躍跟蹤，s=2時為方波跟蹤，s=3時為正弦跟蹤。求出g(s)對應的離散形式g(z)?則可以得到其對應的差分表達式y(tǒng)out(k)?den(2)y(k?1)

9、?den(3)y(k?2)?den(4)y(k?3) ?num(2)u(k?1)?num(3)u(k?2)?num(4)u(k?3)y(z)，其中y(z)和u(z)是關于z的多項式，u(z)仿真程序：ex5.m%pid controllerclear all;close all;篇二：自動控制實驗報告六-數(shù)字pid控制實驗六 數(shù)字pid控制一、實驗目的1研究pid控制器的參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響。 2研究采樣周期t對系統(tǒng)特性的影響。 3研究i型系統(tǒng)及系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差。 二、實驗儀器1el-at-iii型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺 2計算機一臺 三、實驗內(nèi)容1系統(tǒng)結構圖如6-1圖。圖6-1 系

10、統(tǒng)結構圖圖中 gc（s）=kp（1+ki/s+kds） gh（s）=（1e）/sgp1（s）=5/（0.5s+1）（0.1s+1） gp2（s）=1/（s（0.1s+1）- ts2 開環(huán)系統(tǒng)（被控制對象）的模擬電路圖如圖6-2和圖6-3，其中圖6-2對應gp1（s）,圖6-3對應gp2（s）。圖6-2 開環(huán)系統(tǒng)結構圖1 圖6-3開環(huán)系統(tǒng)結構圖23被控對象gp1（s）為“0型”系統(tǒng)，采用pi控制或pid控制，可使系統(tǒng)變?yōu)椤癷型”系統(tǒng)，被控對象gp2（s）為“i型”系統(tǒng)，采用pi控制或pid控制可使系統(tǒng)變成“ii型”系統(tǒng)。4當r（t）=1（t）時（實際是方波），研究其過渡過程。5pi調(diào)節(jié)器及pid

11、調(diào)節(jié)器的增益 gc（s）=kp（1+k1/s） =kpk1(（1/k1）s+1) /s =k(tis+1)/s 式中 k=kpki , ti=（1/k1）不難看出pi調(diào)節(jié)器的增益k=kpki，因此在改變ki時，同時改變了閉環(huán)增益k，如果不想改變k,則應相應改變kp。采用pid調(diào)節(jié)器相同。6“ii型”系統(tǒng)要注意穩(wěn)定性。對于gp2（s）,若采用pi調(diào)節(jié)器控制，其開環(huán)傳遞函數(shù)為g（s）=gc（s）gp2（s） =k（tis+1）/s1/s（0.1s+1） 為使用環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，應滿足ti>0.1，即k1<107pid遞推算法 如果pid調(diào)節(jié)器輸入信號為e（t），其輸送信號為u（t）,則離散的

12、遞推算法如下：u（k）=u（k-1）+q0e（k）+q1e（k-1）+q2e（k-2） 其中 q0=kp（1+kit+（kd/t） q1=kp（1+（2kd/t） q2=kp（kd/t）t-采樣周期四、實驗步驟1. 啟動計算機，在桌面雙擊圖標 自動控制實驗系統(tǒng) 運行軟件。2. 測試計算機與實驗箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進行實驗。3. 連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖6-2)。電路的輸入u1接a/d、d/a卡的da1輸出，電路的輸出u2接a/d、d/a卡的ad1輸入。檢查無誤后接通電源。 4. 在實驗項目的下拉列表中選擇實驗六六、數(shù)字pid控制,

13、鼠標單擊按鈕，彈出實驗課題參數(shù)設置對話框。在參數(shù)設置對話框中設置相應的實驗參數(shù)后鼠標單擊確認等待屏幕的顯示區(qū)顯示實驗結果5.輸入?yún)?shù)kp, ki, kd（參考值kp=1, ki=0.02, kd=1）。6.參數(shù)設置完成點擊確認后觀察響應曲線。若不滿意，改變kp, ki, kd的數(shù)值和與其相對應的性能指標?p、ts的數(shù)值。 7.取滿意的kp,ki,kd值，觀查有無穩(wěn)態(tài)誤差。8.斷開電源，連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖6-3)。電路的輸入u1接a/d、d/a卡的da1輸出，電路的輸出u2接a/d、d/a卡的ad1輸入，將純積分電容兩端連在模擬開關上。檢查無誤后接通電源。 9.重復4-7步驟。10

14、.計算kp，ki，kd取不同的數(shù)值時對應的?p、ts的數(shù)值，測量系統(tǒng)的階躍響應曲線及時域性能指標，記入表中： 五、實驗報告1畫出所做實驗的模擬電路圖。0型 1型3總結一種有效的選擇kp, ki, kd方法，以最快的速度獲得滿意的參數(shù)。方法：在這三個參數(shù)中，kp對系統(tǒng)性能的影響最大，所以要先確定下來kp的合理值；然后再用試探的方法取到較好的ki和kd的值。kp=1 ki=0.02kd=1圖一 kp=1.5 ki=0.02kd=1:圖二篇三：實驗三 數(shù)字pid控制實驗三 數(shù)字pid控制一、實驗目的1研究pid控制器的參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響。2研究采樣周期t對系統(tǒng)特性的影響。3研究i型系統(tǒng)

15、及系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差。二、實驗儀器1el-at-iii型計算機控制系統(tǒng)實驗箱一臺2pc計算機一臺三、實驗內(nèi)容1系統(tǒng)結構圖如3-1圖。圖3-1 系統(tǒng)結構圖圖中 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開環(huán)系統(tǒng)（被控制對象）的模擬電路圖如圖3-2和圖3-3，其中圖3-2對應gp1（s）,圖3-3對應gp2（s）。圖3-2 開環(huán)系統(tǒng)結構圖1 圖3-3開環(huán)系統(tǒng)結構圖23被控對象gp1（s）為“0型”系統(tǒng)，采用pi控制或pid控制，可系統(tǒng)變?yōu)椤癷型”系統(tǒng)，被控對象gp2（s）為“i型”系統(tǒng)

16、，采用pi控制或pid控制可使系統(tǒng)變成“ii型”系統(tǒng)。4當r（t）=1（t）時（實際是方波），研究其過渡過程。5pi調(diào)節(jié)器及pid調(diào)節(jié)器的增益gc（s）=kp（1+k1/s）=kpk1(（1/k1）=k(tis+1)/s式中 k=kpki , ti=（1/k1）不難看出pi調(diào)節(jié)器的增益k=kpki，因此在改變ki時，同時改變了閉環(huán)增益k，如果不想改變k,則應相應改變kp。采用pid調(diào)節(jié)器相同。6“ii型”系統(tǒng)要注意穩(wěn)定性。對于gp2（s）,若采用pi調(diào)節(jié)器控制，其開環(huán)傳遞函數(shù)為g（s）=gc（s）gp2（s）=k（tis+1）/s1/s（0.1s+1）為使用環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，應滿足ti>0.1

17、，即k1<107pid遞推算法 如果pid調(diào)節(jié)器輸入信號為e（t），其輸送信號為u（t）,則離散的遞推算法如下：u（k）=u（k-1）+q0e（k）+q1e（k-1）+q2e（k-2）其中 q0=kp（1+kit+（kd/t）q1=kp（1+（2kd/t）q2=kp（kd/t）t-采樣周期四、實驗步驟1. 連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖3-2)。電路的輸入u1接a/d、d/a卡的da1輸出，電路的輸出u2接a/d、d/a卡的ad1輸入。檢查無誤后接通電源。2. 啟動計算機，雙擊桌面“計算機控制實驗”快捷方式，運行軟件。3. 測試計算機與實驗箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查

18、找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進行實驗。4. 在實驗項目的下拉列表中選擇實驗三數(shù)字pid控制, 鼠標單擊鼠標單擊彈出實驗課題參數(shù)設置窗口。5. 輸入?yún)?shù)kp, ki, kd（參考值kp=1, ki=0.02, kd=1）。6. 參數(shù)設置完成點擊確認后觀察響應曲線。若不滿意，改變kp, ki, kd的數(shù)值和 與其相對應的性能指標?p、ts的數(shù)值。7. 取滿意的kp,ki,kd值，觀查有無穩(wěn)態(tài)誤差。8. 斷開電源，連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖3-3)。電路的輸入u1接a/d、d/a卡的da1輸出，電路的輸出u2接a/d、d/a卡的ad1輸入，將純積分電容的兩端連在模擬開關上。檢查無誤后接通電源。

19、9. 重復4-7步驟。10. 計算kp，ki，kd取不同的數(shù)值時對應的?p、ts的數(shù)值，測量系統(tǒng)的階躍響應曲線及時域性能指標，記入表中： 按鈕，1. 0.02 1 1 0.01 11. 0.01 2 1 0.02 22. 0.02 4五、實驗報告1畫出所做實驗的模擬電路圖。2當被控對象為gp1（s時）取過渡過程為最滿意時的kp, ki, kd,畫出校正后的bode圖，查出相穩(wěn)定裕量?和穿越頻率?c。3總結一種有效的選擇kp, ki, kd方法，以最快的速度獲得滿意的參數(shù)。先通過改變kp的值，使kp滿足要求，再改變ki，最后是kd，通過這樣一次改變參數(shù)的方法可以很快的達到滿意的效果。參數(shù)整定（試

20、湊法）增大比例系數(shù)kp，一般加快系統(tǒng)響應，在有靜差的情況下有利于減小靜差，但過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有較大超調(diào)，并產(chǎn)生震蕩，使穩(wěn)定性變壞；增大積分時間ti，有利于減小超調(diào)，減小震蕩，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但系統(tǒng)靜差的消除將隨之減慢；增大微分時間td，亦有利于加快系統(tǒng)響應，使超調(diào)亮減小，穩(wěn)定性增加，但對系統(tǒng)的擾動抑制能力減弱，對擾動有較敏感的響應；另外，過大的微分系數(shù)也將使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性變壞。篇四：基于matlab的模糊pid控制仿真實驗報告自適應模糊pid控制仿真報告1. 自適應模糊控制的規(guī)則49條專家控制規(guī)則：2. 系統(tǒng)仿真框圖包括模糊控制器，pid控制器兩部分組成。3. 模糊控制器設計確定為雙輸入，三輸出結構確定每個變量的論域，其中每個變量都有一個模糊子集來表示。這個模糊子集中有7個語言變量，分別是：nb,nm,ns,zo,ps,pm,pb在編輯界面中，確定好每一個語言變量的范圍，以及隸屬函數(shù)的類型。 如下圖所示：輸入模糊控制規(guī)則：仿真結果pid控制器kp參數(shù)在控制過程中的變化曲線：ki參數(shù)： 篇五：pid控制電機實驗報告程設計pid控制電機實驗報告院 系： 年級專業(yè)： 姓 名： 學 號： 指導教師：電氣工程與自動化學院自動化1班2015年1月10日摘要以電機控制平臺為對象，利用51單片機和變頻器，控制電機精確的定位和正反轉運動，克服了常見的因高速而丟步和堵轉的現(xiàn)象。電機實現(xiàn)