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《數(shù)字PID控制系統(tǒng)器設(shè)計.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、數(shù)字PID控制器設(shè)計實驗報告學(xué)院電子信息學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動化學(xué)號姓名指導(dǎo)教師奕飛數(shù)字PID控制器設(shè)計報告一．設(shè)計目的采用增量算法實現(xiàn)該PID控制器。二．設(shè)計要求掌握PID設(shè)計方法及MATLAB設(shè)計仿真。三．設(shè)計任務(wù)設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：設(shè)計數(shù)字PID控制器，使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差不大于0.1，超調(diào)量不大于20%，調(diào)節(jié)時間不大于0.5s。采用增量算法實現(xiàn)該PID控制器。四．設(shè)計原理數(shù)字PID原理結(jié)構(gòu)圖PID控制器的數(shù)學(xué)描述為：式中，Kp為比例系數(shù)；T1為積分時間常數(shù)；TD為微分時間常數(shù)。設(shè)u(k)為第K次采樣時刻控制器的輸出值，可得離散的PID表達(dá)式
2、為:?使用模擬控制器離散化的方法,將理想模擬PID控制器D(s)轉(zhuǎn)化為響應(yīng)的理想數(shù)字PID控制器D(z).采用后向差分法,得到數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)。2.增量式PID控制算法u(k)=u(k-1)+Δu(k)增量式PID控制系統(tǒng)框圖五．Matlab仿真選擇數(shù)字PID參數(shù)利用擴充臨界比例帶法選擇數(shù)字PID參數(shù)，擴充臨界比例帶法是以模擬PID調(diào)節(jié)器中使用的臨界比例帶法為基礎(chǔ)的一種數(shù)字PID參數(shù)的整定方法。其整定步驟如下1)選擇合適的采樣周期T：，因為Tmin<1/10T,選擇采樣周期為0.003s；2)在純比例的作用下,給定輸入階躍變化時,逐漸加大比例作用Kp
3、(即減小比例帶),直至系統(tǒng)出現(xiàn)等幅震蕩,記錄比例增益Kr,及振蕩周期Tr。Kr成為臨界振蕩比例增益(對應(yīng)的臨界比例帶),Tr成為臨界振蕩周期。在Matlab中輸入如下程序?G=tf(1,[1/150,36/150,185/150,1]);p=[35:2:45];fori=1:length(p)Gc=feedback(p(i)*G,1);step(Gc),holdonend;axis([0,3,0,2.3])得到如下所示圖形：改變其中的參數(shù)P=[35:2:45]為p=[40:1:45]得到下圖曲線，得Kr約為43，Tr約為0.5.在smulink中建立如下模型
4、，可得Kr=43.4,Tr=0.45。3.選擇控制度?控制度的定義為數(shù)字調(diào)節(jié)器和模擬調(diào)節(jié)所對應(yīng)的國度過程的誤差平方積分之比,即控制度=式中,?為數(shù)字調(diào)節(jié)器的控制誤差;e為模擬調(diào)節(jié)器的控制誤差.當(dāng)控制度為1.05時,數(shù)字調(diào)節(jié)器魚模擬調(diào)節(jié)器的控制效果相當(dāng);當(dāng)控制度為2時,數(shù)字調(diào)節(jié)器比模擬調(diào)節(jié)器的控制效果差一倍;在此選控制度為1.05。4.按選擇的控制度指標(biāo)及Tr,Kr實驗測得值由查表選擇相應(yīng)的計算公式計算采樣周期：T=0.014*Tr=0.0063，Kp=0.63*Kr=27.342，TI=0.49*Tr=0.2205，TD=0.14*Tr=0.063;=0.7
5、812，=273.42擴充臨界比例度法整定計算公式表控制度控制規(guī)律T/TrKp/KrTi/TrTd/Tr10.5PIPID0.030.0140.550.630.880.490.141.20PIPID0.050.0430.490.470.910.470.161.50PIPID0.140.090.420.340.990.430.202.00PIPID0.220.160.360.271.050.400.22模擬控制器PIPID0.570.700.830.500.13簡化擴充臨界比例法法PIPID0.100.450.600.830.500.125六.Matlab/S
6、imulink控制系統(tǒng)建模1.控制器2.采用后向差分離散化可得：D(Z)=U(Z)/E(Z)=KP(1-Zˉ1)+KI+KD(1-Zˉ1)^2=[(KP+KI+KD)Z^2-(KP+2KD)Z+KD]/Z^2將KP=0.63*Kr=25,KI=Ki*T=0.77,KD=230代入D(z)=(297.77z^2-567z+270)/z^23.仿真模型圖4.輸出階躍響應(yīng)曲線5．試湊法微調(diào)參數(shù)KpKiKd超調(diào)量調(diào)整時間270.77230————————————405230250.7505230150.6505.5230190.56.最終PID參數(shù)及輸出響應(yīng)曲線采用
7、試湊法得到一組數(shù)據(jù)：kp=50,ki=5.5,kd=250輸出響應(yīng)曲線為:七．心得體會通過這次課程設(shè)計，認(rèn)識了自動控制領(lǐng)域最常用的PID控制技術(shù)，基本掌握了PID控制的基本規(guī)律，同時也認(rèn)識到自動控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。在運用MATLAB軟件時經(jīng)常會碰到一些問題，而我們手中的資料有限，時間和精力有限，并不能解決所有問題。比如在PID控制時，一旦選定了Ki和Kd后，超調(diào)量隨Kp的變化并不明顯，這是我無法理解的，當(dāng)Kp增加時，系統(tǒng)僅僅提高了響應(yīng)的快速性，而超調(diào)量并沒有顯著的變化。又如，在PD控制時，當(dāng)Kd和Kp取值足夠大時，便可以使響應(yīng)曲線完全理想化，即響應(yīng)時間趨于0，
8、超調(diào)量趨于0，在本系統(tǒng)中也滿足足夠的穩(wěn)態(tài)精度，我就會
