（精選）自動控制理論-實驗三-PID調(diào)節(jié)器及參數(shù)整定

1、實驗三 PID調(diào)節(jié)器及參數(shù)整定一、實驗?zāi)康模和ㄟ^Simulink仿真，使學(xué)生了解PID控制器的參數(shù)（P、I、D）對系統(tǒng)性能（動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能）的影響。二、 實驗設(shè)備PC機(jī)及MATLAB平臺 三、實驗原理及方法1、模型文件的建立在命令窗口（matlab command window）鍵入simulink（或在MATLAB窗口中單擊按紐），就出現(xiàn)一個稱為Simulink Library Browser 的窗口。在這個窗口中列出了按功能分類的各種模塊的名稱。以往十分困難的系統(tǒng)仿真問題，用SIMULINK 只需拖動鼠標(biāo)即可輕而易舉地解決問題。若想建立一個模型文件（.mdl），則選取文件/New/Mo

2、del 菜單項，Simulink 就會打開一個名為Untiled 的模型窗口。2、SIMULINK 環(huán)境介紹雙擊 simulink 庫中模塊simulink 前面的“+”就出現(xiàn)如圖所示的窗口。此即是SIMULINK環(huán)境。一般而言，simulink提供以下8類模塊。（1）Continuous:連續(xù)模塊（2）Discrete：離散模塊（3）Functions & Table:函數(shù)和表格模塊（4）Math：數(shù)學(xué)模塊（5）Nonlinear：線性模塊（6）Signals & Systems：信號和系統(tǒng)模塊（7）Sinks： 輸出設(shè)備模塊（8）Sources：輸入源模塊3、SIMULIN

3、K 仿真的運行前面我們介紹了如何創(chuàng)建一個 Simulink 模型，構(gòu)建好一個系統(tǒng)的模型之后，接下來的事情就是運行模型，得出仿真結(jié)果。運行一個仿真的完整過程分成三個步驟：設(shè)置仿真參數(shù)，啟動仿真和仿真結(jié)果分析。4、 實驗內(nèi)容：1、 被控制對象傳遞函數(shù)為，試設(shè)計PID調(diào)節(jié)器，研究比例調(diào)節(jié)器（P）、比例積分調(diào)節(jié)器（PI）、比例微分積分調(diào)節(jié)器（PID）對系統(tǒng)性能的影響；原仿真系統(tǒng)仿真框圖：原系統(tǒng)輸出：加入PID后的仿真系統(tǒng)框圖：加入比例調(diào)節(jié)器（P）后系統(tǒng)的輸出： 加入比例積分調(diào)節(jié)器（PI）后系統(tǒng)的輸出： 加入比例微分積分調(diào)節(jié)器（PID）后系統(tǒng)的輸出： 結(jié)論：由圖可知，控制器的比例增益能及時、快速地對系統(tǒng)

4、進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是會降低系統(tǒng)穩(wěn)定性降低；PI調(diào)節(jié)器提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度，PID調(diào)節(jié)器既提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度又改善系統(tǒng)動態(tài)性能。2、已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，PID調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為；（1）設(shè)計PID調(diào)節(jié)器，并采用齊格勒-尼克爾斯法則進(jìn)行參數(shù)整定，給出具體的整定步驟方案，確定Kp、Ti、Td的值；（2）求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)；（3）對參數(shù)進(jìn)行精確調(diào)整Kp、Ti、Td，使單位階躍響應(yīng)超調(diào)量為15%。1） 解法一：(書上P254頁方法)W2=20 K=420Kp=252 Ti=0.7 Td=0.18解法2：用matlab代碼計算，但是sys=tf(1,1 21 20 0);%建立系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型rloc

5、us(sys) %畫出系統(tǒng)根軌跡圖%(多次局部放大，便于下一步點擊)kc,pole=rlocfind(sys) w=imag(pole(2)%在圖上點擊根軌跡與虛軸的交點，（盡量準(zhǔn)確點擊,使極點實部為0）算得：kc = 398.4964pole = -20.9532 + 0.0000i -0.0234 + 4.3610i -0.0234 - 4.3610iw =4.3610%確定參數(shù)Kp、Ti、Tdkp=0.6*kcTi=0.5*2*pi/wTd=0.125*2*pi/w得到：kp = 239.0979Ti = 0.7204Td = 0.18012) Integral=Kp/Ti=252/0.72=258.974 Derivative=Kp*Td=252*0.1