实验三 PID控制器设计及其参数整定

实验三 PID 控制器设计及其参数整定姓名 学号 班级、实验目的1) 通过本实验，掌握使用Simulink仿真设计连续和离散PID控制器的方法。2) 掌握对给定控制系统进行 PID 控制器参数在线实验工程整定的方法。二、实验原理PID 控制是最经典、应用最广泛的控制方法，是单回路控制系统主要的控制 方法，是其他控制思想的基础。本实验针对被控对象，选定控制器的调节规律， 在控制器的调节规律已经确定的情况下，控制系统的品质主要决定于控制器参数 的整定。1.连续PID控制器本实验采用的PID控制器传递函数为：1 11G (s) = K (1+ TS) = (1+ TS)cp TS d TSdii 或写成：KG (s) = K + K SCp S d有KK =,K = K Ti T dp di其中K、K.、Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数；T.、Td分别为积分p i di d时间常数和微分时间常数；5为比例度。控制系统的Simulink仿真图如图1所示。连续PID控制器如图2所示。 根据不同的参数设置，可以得到单纯的比例控制、比例积分控制、比例微分 控制以及比例积分微分控制等不同的控制系统。控制器参数的工程整定实验法，是通过对典型输入响应曲线所得到的特征 量，按照动态特性参数法、衰减曲线法、临界比例度法、或经验法中的某一种方 法，求得控制器的各个参数，进行工程整定，使系统的性能达到最佳。图 1 控制系统 Simulink 仿真图11Kp1/T117AJIn1TdDerivativeKZDOut1Integratordu/dt图 2 连续 PID 控制器 Simulink 仿真图2.离散PID控制器e(k) - e(k -1)将描述模拟PID控制器的微分方程式化为差分方程，即为数字PID控制算 法。u(k) = K e(k) + KT丈 e(i) + Kpidi=1因为上式包含的数字积分项，需要存储过去全部偏差量，而且累加运算编程不太方便，计算量也较大，所以在应用中，通常都是将上式改为增量算法。e(k)-2e(k-1)+e(k-2)Aw (k) = u (k) 一 u (k 一 1)=K e(k)-e(k-1)+K Te(k)+Kp I D即u(k) = u(k -1)+Au(k)数字增量式PID控制器如图3所示。图 3 数字增量式 PID 控制器 Simulink 仿真图三、实验内容1) 建立如图 1 所示的 Simulink 仿真系统图。2) 采用图2的连续控制器，分别设置成纯比例控制、PI控制、PID控制，通过 改变PID参数，记录参数值和仿真结果，分析比例系数、积分系数、微分系 数的作用。3) 采用工程整定法，通过调整PID参数达到满意的控制效果，记录整定步骤， PID 控制器参数值和仿真结果。4) 采用图3的数字增量式PID控制器，重复3的步骤。四、实验报告1) 按照实验报告所要求的统一格式，填写实验报告2) 记录实验过程、实验结果和图表。3) 根据实验过程和结果进行分析。