大作業(yè)-計算機控制技術試驗報告-基于Matlab的PID控制算法仿真深圳大學

1、深圳大學實驗報告課程名稱：計算機控制技術實驗項目名稱:基于Matlab的PID控制算法仿真學院專業(yè)扌旨導教師:楊蓉報告人_一學號 班級： 3實驗時間：實驗報告提交時間：教務部制實驗目的與要求：（一）用Matlab的仿真工具Simulink分別做出數(shù)字PID控制器的兩種算法 （位置式和增量式）進行仿真；（二）被控對象為一階慣性環(huán)節(jié) D（s） = 1 / （5s+1）（三）采樣周期T = 1 s ；（四）仿真結(jié)果：確定 PID相關參數(shù)，使得系統(tǒng)的輸出能夠很快的跟隨給定 值的變化，給出例證，輸入輸出波形，程序清單及必要的分析。方法、步驟:（一）位置式：（1）列出算法表達式；（2）列出算法傳遞函數(shù)；（

2、3）建立Simulink模型；（4） 準備工作：雙擊step，將sample time設置為1以符合采樣周期 T = 1 s的要求；選 定仿真時間為500；（5）仿真完畢、運行。（二）增量式：（1）列出算法表達式；（2）列出算法傳遞函數(shù)；（3）建立Simulink模型；（4） 準備工作：分別雙擊 step、 Integer Delay，將sample time設置為1以符合采樣周 期T = 1s ;選定仿真時間為 50；（5）仿真完畢、運行。實驗過程及內(nèi)容:(一)位置式：(1) 列出算法表達式：位置式PID控制算法表達式為：AH(的=KjX七)+ Kf工 (刀 + 心血斤)-e(k-1)(2)

3、 列出算法傳遞函數(shù)：D(Z) = Kp+Ki -p-i-y +Kd (1-z1)(3)建立simulink模型:(4)準備工作：雙擊step,將sample time設置為1以符合采樣周期 T = 1 s的要求；選定仿真時間為500。第一步是先獲取開環(huán)系統(tǒng)的單位階躍響應，在Simulink中，把反饋連線、微分器、積分器的輸出連線都斷開，并將 Kp的值置為1,調(diào)試之后獲取響應值。再連上反饋 線，再分別接上微分器、積分器，仿真，調(diào)試仿真值。(二)增量式：(1) 列出算法表達式：增量式PID控制算法表達式為：u(k) -u(k -1)=ATZ (奶 _*_)+ K 聲 + Kn(e(k) - 2e(

4、k-l)+*-2)(2) 列出算法傳遞函數(shù)：U(Z) = KpQ/) + Ki +1 2 廣1 + 產(chǎn))(3) 建立simulink模型:(4) 準備工作：雙擊step,將sample time設置為1以符合采樣周期 T = 1 s的要求； 選定仿真時間為500。第一步是先獲取開環(huán)系統(tǒng)的單位階躍響應，在Simulink中，把反饋連線、微分器、積分器的輸出連線都斷開，并將 Kp的值置為1,調(diào)試之后獲取響應值。再連上反饋 線，再分別接上微分器、積分器，仿真，調(diào)試仿真值。數(shù)據(jù)處理分析:（一）位置式：1.P控制整定仿真運行完畢，雙擊scope”得到下圖將Kp的值置為0.5，并連上反饋連線。 仿真運行完

5、畢，雙擊scope”得到下圖效果不理想，再將 Kp的值置為0.2，并連上反饋連線。P控制時系統(tǒng)的單位階躍響應圖如下：Time offset; 2.PI控制整定（比例放大系數(shù)仍為 Kp=0.2 ）經(jīng)多次輸入Ki的值，發(fā)現(xiàn)Ki=1時，系統(tǒng)的輸出最理想，選定仿真時間，仿真運行,行元畢后雙擊” Scope 得到以下結(jié)果2040SO80100020406080100Time offset 03.PID控制整定經(jīng)多次輸入調(diào)試，Kd的值置為0.5時，系統(tǒng)能最快地趨向穩(wěn)定。雙擊 scope可得：1.41.2103060.40.20Tima offset: 0從上面三張圖可以看出.PI、PID控制二者的響應速度

6、基本相同，且系統(tǒng)穩(wěn)定的輸 出值也相同。Kp、Ki、Kd分別取0.2、1、0.5。（二）增量式:1.對P控制整定 仿真運行完畢，雙擊scope”得到下圖aiTO 15 3J 26404550將Kp的值置為2.5，并連上反饋連線。P控制時系統(tǒng)的單仲階躍響應圖如下：無論如何更改Kp的值，都是呈現(xiàn)出下坡趨勢。2.對PI控制整定（比例放大系數(shù)仍為 Kp=0.25） 經(jīng)多次輸入Ti的值，發(fā)現(xiàn)Ki=0.3時，系統(tǒng)的輸出最理想。 仿真運行完畢后雙擊” Scope 得到以下結(jié)果，如下圖:D &III0 35 1 !:?:卜： 2 I怙1:1:11:1I 宓廠一一 -_ -02-|卜L H0.05*-bi i i

7、 iJ.i卞:JIDi”ii05101520253D3540 蜀閱Fme offset: 03.對PID控制整定當Kd的值置為3時，如下圖1.5TnhXn61030015D14a.3I01520253035抑15500.50.30.20101535他Autogcale繼續(xù)調(diào)節(jié)，將 Kd的值置為0.3，雙擊scope。line cffset 0TmlB OffMt! Qin oHSfft： 0由圖可得，系統(tǒng)非常不穩(wěn)定。將Kd的值置為0.5，雙擊scope可得:雖然Kp在等于0.5跟0.3時，圖像相差不大，但很明顯當Kp置為0.3時，系統(tǒng)能夠更快地趨向平衡，因此取Kp為0.3.從上面三張圖可以看出.P調(diào)節(jié)下最不穩(wěn)定，而PID控制下，系統(tǒng)最穩(wěn)定，且調(diào)節(jié)時間最短。Kp, Ki，Kd 分別取 2.5、0.3、0.3。實驗結(jié)論:通過這次實驗可以得出，不同形式的PID控制說所達到的效果是不同的，這將便于我們根據(jù)系統(tǒng)具體的情況去做出相應的調(diào)整，用最少的路徑去達到系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡。對于位置式的P、PI、PID控制，P控制的系統(tǒng)難以到達穩(wěn)定狀態(tài)，所需要的時間 很長。而PI控制與PID控制到達穩(wěn)定狀態(tài)的能力基本相同；對于增量式的P、PI、PID控制，P控制同樣難以達到穩(wěn)定狀態(tài)，一直呈現(xiàn)下降趨