pid控制仿真实验.docx
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pid控制仿真实验.docx
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pid控制仿真实验
《本科实验报告》填写说明
1.学员完成人才培养方案和课程标准要所要求的每个实验后,均须提交实验报告。
2.实验报告封面必须打印,报告内容可以手写或打印。
3.实验报告内容编排及打印应符合以下要求:
(1)采用A4(21cm×29.7cm)白色复印纸,单面黑字打印。
上下左右各侧的页边距均为3cm;缺省文档网格:
字号为小4号,中文为宋体,英文和阿拉伯数字为TimesNewRoman,每页30行,每行36字;页脚距边界为2.5cm,页码置于页脚、居中,采用小5号阿拉伯数字从1开始连续编排,封面不编页码。
(2)报告正文最多可设四级标题,字体均为黑体,第一级标题字号为4号,其余各级标题为小4号;标题序号第一级用“一、”、“二、”……,第二级用“
(一)”、“
(二)”……,第三级用“1.”、“2.”……,第四级用“
(1)”、“
(2)”……,分别按序连续编排。
(3)正文插图、表格中的文字字号均为5号。
一、实验目的
1.能够建立和使用MATLAB平台的Simulink仿真环境;
2.能够进行数字PID控制的计算;
3.能够进行数字PID控制的参数整定;
4.能够描述大延迟被控对象对PID控制的影响。
二、实验内容
给定:
被控对象为
,为一小纯滞后对象,输入为单位阶
跃信号r(t)(t)。
要求:
应用扩充临界比例度法整定数字PID控制器的四个控制参数:
采样周期T、比例系数pk、积分时间常数iT、微分时间常数dT,并从图形上计算上升时间rt、超调量pM以及调整时间st。
控制度选为,数字比例控制的采样周期为minT=,仿真时间为10s。
(1)用MATLAB的仿真工具Simulink进行参数整定并仿真,其框图为
注意:
①Simulink中的离散环节都自带有采样器(输入端)和零阶保
持器(输出端);②后缀为m命令文件名不能与后缀为mdl仿真框图文件
名相同,否则m文件不会执行。
(2)如果被控对象为
大纯滞后对象。
请重复上述步骤,并比较两个被控对象PID控制器的控制效果。
控制度选为,数字比例控制的采样周期为minT=,仿真时间为100s。
(3)现在参考输入改为方波信号,幅值为1,周期为2秒(20秒),占空比为50%,查看上述两个不同被控对象的闭环控制系统输出的跟踪效果。
三、实验设计
写出自己的设计思路;画出电路图;画出流程图。
四、实验器材
MATLAB矩阵实验室2013a,WINDOWS7环境。
五、实验步骤
1.对小延迟被控对象
进行参数整定
(1)数字比例控制
利用Simulink画出PID数字比例控制方框图,如下图所示。
控制器仅为数字比例控制,数字比例控制的采样周期为minT=,仿真时间为10s。
(2)求临界增益crk、临界周期crT
从零开始增加pk值,直到系统输出出现等幅振荡,此时pk值记为crk,相应的振荡周期crT记为临界周期。
(3)查表计算
示波器选择控制度为,查表确定PID参数值T、pk、Ti、Td;编写PID
参数计算m文件,计算出b0,b1,b2。
m程序如下。
Kcr=;
Tcr=;
T=*Tcr;
%原始值
kp=*Kcr;
Ti=*Tcr;
Td=*Tcr;
ki=kp*T/Ti;
kd=kp*Td/T;
b0=kp+ki+kd;
b1=-(kp+2*kd);
b2=kd;
(4)观察控制效果
利用Simulink画出PID数字控制方框图,如下图所示。
运行PID控制,观察控制效果(上升时间、超调量、调整时间)。
(4)微调参数
微调参数pk、Ti、Td,使控制效果更满意。
(5)跟踪方波
现在参考输入改为方波信号,幅值为1,周期为2秒,占空比为50%,查看控制系统输出的跟踪效果。
如下图所示。
2.对大延迟被控对象
进行参数整定,重复上述步骤。
数字比例控制的采样周期为minT=,仿真时间为100s。
方波信号,
幅值为1,周期为20秒,占空比为50%。
六、实验数据
Kcr=
Tcr=
参数整定:
跟踪方波:
七、实验分析
。
八、问题与建议
1、在做第一个实验时需要调制系统至等幅振荡的图像输出,在调节时,应当注意使用放大工具,载波等幅振荡情况更为准确。
整定KP时选用二分查找的思路要快捷很多。
2、在整定PID参数和跟踪方波实验时,要注意调整三个参数的方法,应当是根据参数对图像的影响趋势调整,而不是随意选取值。
九、源程序
*.m
Kcr=;
Tcr=;
T=*Tcr;
%原始值
kp=*Kcr;
Ti=*Tcr;
Td=*Tcr;
ki=kp*T/Ti;
kd=kp*Td/T;
b0=kp+ki+kd;
b1=-(kp+2*kd);
b2=kd;
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