PID自控原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

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1、自動(dòng)控制理論第七次實(shí)驗(yàn)報(bào)告自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)——第七次實(shí)驗(yàn)9自動(dòng)控制理論第七次實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解數(shù)字PID控制的特點(diǎn)，控制方式。（2）理解和掌握連續(xù)控制系統(tǒng)的PID控制算法表達(dá)式。（3）了解和掌握用試驗(yàn)箱進(jìn)行數(shù)字PID控制過程。（4）觀察和分析在標(biāo)PID控制系統(tǒng)中，PID參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、數(shù)字PID控制一個(gè)控制系統(tǒng)中采用比例積分和微分控制方式控制，稱之為PID控制。數(shù)字PID控制器原理簡單，使用方便適應(yīng)性強(qiáng)，可用于多種工業(yè)控制，魯棒性強(qiáng)?？梢杂糜布?shí)現(xiàn)，也可以用軟件實(shí)現(xiàn)，也可以用如見硬件結(jié)合的形式實(shí)現(xiàn)。PID控制常見的

2、是一種負(fù)反饋控制，在反饋控制系統(tǒng)中，自動(dòng)調(diào)節(jié)器和被控對象構(gòu)成一個(gè)閉合回路。模擬PID控制框圖如下：Ｕ（ｓ）Ｅ（ｓ）KpKiKd輸出傳遞函數(shù)形式：其中Kp為調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，Ti為調(diào)節(jié)器的積分常數(shù)，Td是調(diào)節(jié)器的微分常數(shù)。2、被控對象數(shù)學(xué)模型的建立9自動(dòng)控制理論第七次實(shí)驗(yàn)報(bào)告1）建立模型結(jié)構(gòu)在工程中遇到的實(shí)際對象大多可以表示為帶時(shí)延的一階或二價(jià)慣性環(huán)節(jié)，故PID整定的方法多從這樣的系統(tǒng)入手，考慮有時(shí)延的單容被控過程，其傳遞函數(shù)為：這樣的有時(shí)延的單容被控過程可以用兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)組成的自平衡雙容被控過程來近似，本實(shí)驗(yàn)采用該方式作為實(shí)驗(yàn)被控對象，如圖3-

3、127所示。2）被控對象參數(shù)的確認(rèn)對于這種用兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)組成的自平衡雙容被控過程的被控對象，在工程中普遍采用單位階躍輸入實(shí)驗(yàn)辨識的方法確認(rèn)和τ，以達(dá)到轉(zhuǎn)換成有時(shí)延的單容被控過程的目的。單位階躍輸入實(shí)驗(yàn)辨識的原理方框如圖3-127所示。對于不同的T1、T2和K值，得到其單位階躍輸入響應(yīng)曲線后，由和得到和，再利用拉氏反變換公式得到To=To=t2-t1Ln1-Yot1-Ln[1-yo(t2)]=t2-t10.8473τ=t2Ln1-Yot1-t1Ln[1-yot2]Ln1-Yot1-Ln[1-yot2]=1.204t1-0.3567t20.8473

4、3、采樣周期的選擇采樣周期選擇0.05s。9自動(dòng)控制理論第七次實(shí)驗(yàn)報(bào)告4、數(shù)字PID調(diào)節(jié)器控制參數(shù)的工程整定方法雖然PID調(diào)節(jié)可全面、綜合的考慮系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，但在工程實(shí)際中，考慮到工程造價(jià)和調(diào)節(jié)器的易于實(shí)現(xiàn)，長采用PID三個(gè)參數(shù)來對系統(tǒng)進(jìn)行校正。等效有時(shí)延單容被控對象的參數(shù)和τ，利用科恩庫恩經(jīng)驗(yàn)公式，可求得比例，比例-積分，比例-積分-微分的參數(shù)。5、數(shù)字PID調(diào)節(jié)器控制特性1）比例控制是一種最簡單的控制方式，其控制的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。如果系統(tǒng)是穩(wěn)定的，增大比例調(diào)節(jié)的增益，可以減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

5、2）積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成比例關(guān)系。對一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中引入積分項(xiàng)。增大積分系數(shù)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制精度，但太大會引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。3）微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分成正比關(guān)系。當(dāng)存在較大的慣性組件或有滯后組件時(shí)，可能會出現(xiàn)震蕩甚至不穩(wěn)定。加入微分具有克服積分調(diào)節(jié)作用緩慢性，避免積分作用可能降低系統(tǒng)響應(yīng)速度的缺點(diǎn)。對變化落后于誤差變化的系統(tǒng)，需要增加微分性，它能預(yù)測誤差變化的趨勢。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、確立被控對象模型結(jié)構(gòu)此次實(shí)驗(yàn)采用兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)串接組成實(shí)

6、驗(yàn)被控對象，T1=0.5s，T2=0.2s，K0=2。G0（S）=10.5s+1*20.2s+1≈K0*1T0s+1e-ts2、被控對象參數(shù)的確認(rèn)被控對象參數(shù)的確認(rèn)構(gòu)成如圖3-136所示。本實(shí)驗(yàn)將函數(shù)發(fā)生器做信號發(fā)生9自動(dòng)控制理論第七次實(shí)驗(yàn)報(bào)告輸出矩形波施加于被測系統(tǒng)的輸入端R，觀察矩形波從0V階躍到+1V時(shí)被控對象的單位階躍響應(yīng)曲線。實(shí)驗(yàn)步驟如下：1）、按照模擬電路圖連接電路。采用函數(shù)發(fā)生器輸出矩形波作為輸入系統(tǒng)的輸入，用虛擬示波器的兩個(gè)通道分別采集系統(tǒng)的輸入和輸出信號。2、運(yùn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)程序，選擇“線性系統(tǒng)時(shí)域分析”——“啟動(dòng)試驗(yàn)項(xiàng)目”命令，彈

7、出試驗(yàn)界面，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)機(jī)上函數(shù)發(fā)生器的“幅度調(diào)節(jié)”是矩形波的輸出幅度為1.0V，調(diào)節(jié)“正脈寬調(diào)節(jié)”電位器使之輸出≥2秒。3）、單擊“開始”按鈕，根據(jù)波形調(diào)節(jié)X軸和Y軸的單位設(shè)置，得出完整波形。4）、取Y0t1=0.3Y0∞，測得t1的值；取Y0t2=0.7Y0∞，測得t2的值。3、求得數(shù)字PID調(diào)節(jié)器控制參數(shù)及確定采樣周期為0.05s。4、數(shù)字PID閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)字PID閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成如下圖所示。此次實(shí)驗(yàn)將函數(shù)發(fā)生器作信號發(fā)生器，矩形波輸出施加于被測系統(tǒng)的輸入端Ui，觀察矩形波從0V階躍到+2.5V，時(shí)被測系統(tǒng)的PID控制特性。9自動(dòng)控制理論

8、第七次實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）按照模擬電路圖連接（Ko=2）。（2）運(yùn)行、觀察、記錄。①選擇“離散控制系統(tǒng)分析”→“數(shù)