實驗二-數(shù)字PID控制

實驗二數(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1．EL-AT-III型計算機控制系統(tǒng)實驗箱一臺2．PC計算機一臺三、實驗內(nèi)容1．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如3-1圖。圖3-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖中Gc〔s〕=Kp〔1+Ki/s+Kds〕Gh〔s〕=〔1－e-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(jié)構(gòu)圖1圖3-3開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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)椤癐型〞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。5．PI調(diào)節(jié)器及PID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,那么應相應改變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〕,假設采用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〕/s·1/s〔0.1s+1〕為使用環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，應滿足Ti>0.1，即K1<107．PID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〕,那么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)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進行實驗。4.在實驗工程的下拉列表中選擇實驗三[數(shù)字PID控制],鼠標單擊鼠標單擊按鈕，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。假設不滿意，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。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：Gp1〔s〕=5/〔〔0.5s+1〕〔0.1s+1〕〕實驗結(jié)果參數(shù)δ%Ts階躍響應曲線KpKiKd10.02115.9%346ms圖1-110.05147.6%286ms圖1-220.02123.8%214ms圖1-310.02214%276ms圖1-410.0117%398ms圖1-5圖1-1圖1-2圖1-3圖1-4圖1-5Gp2〔s〕=1/〔s〔0.1s+1〕〕實驗結(jié)果參數(shù)δ%Ts階躍響應曲線KpKiKd10.02148.6%256ms圖2-110.03137.7%243ms圖2-220.05147.6%205ms圖2-310.05232.7%218ms圖2-410.03234.2%235ms圖2-5圖2-1圖2-2圖2-3圖2-4圖2-511.當被控對象為)(1sGp時取過渡過程為最滿意時的Kp,

Ki,

Kd,畫出校正后的Bode圖，查出相位穩(wěn)定裕量γ和穿越頻率wcKp=2,

Ki=0.02,

Kd=1時系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)波特圖相位穩(wěn)定裕量γ=93.2°，穿越頻率wc=200rad/sec12.實驗小結(jié)實驗得出當Kp越大時，系統(tǒng)