實(shí)驗(yàn)5球桿系統(tǒng)的數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)

1、=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告開課學(xué)院及實(shí)驗(yàn)室：學(xué)院機(jī)電年級(jí)、專姓名學(xué)號(hào)業(yè)、班實(shí)驗(yàn)課程名稱計(jì)算機(jī)控制技術(shù)成績(jī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)5球桿系統(tǒng)的數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉Matlabsimulink軟件；2經(jīng)過試湊法確定球桿系統(tǒng)的PID參數(shù)；3在球桿系統(tǒng)上考據(jù)PID參數(shù)的控制收效。二、使用儀器、資料1球桿系統(tǒng)裝置。2裝有matlab2012b的計(jì)算機(jī)。三、實(shí)驗(yàn)步驟1現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)前先用Matlabsimulink軟件進(jìn)行仿真。給出球桿裝置的理想傳達(dá)函數(shù)(1)用Simulink設(shè)計(jì)出該系統(tǒng)的模型。輸入信號(hào)為階躍信號(hào)，控制器選擇PID。用試湊法確定出合適的PID參數(shù)。比較

2、設(shè)置不同樣參數(shù)時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)特點(diǎn)。2進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。測(cè)試好現(xiàn)場(chǎng)裝置后，試著將仿真后得出的幾個(gè)PID參數(shù)輸入到控制系統(tǒng)中，觀察球桿裝置的運(yùn)行情況。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整參數(shù)使系統(tǒng)獲取優(yōu)異的控制收效。(1）打開球桿系統(tǒng)電控箱上的電源按鈕，在MATLAB/CurrentFolder中打開文件系統(tǒng)自帶程序“PID_Control_Modify.slx”，會(huì)彈出以以下圖的實(shí)時(shí)控制界面(2）雙擊“PIDController”模塊，設(shè)置Kp、Ki、Kd的參數(shù)，參數(shù)為仿真過程得出的參數(shù)。雙擊-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=“Step”模塊，設(shè)置階躍信號(hào)參數(shù)：steptime=0，initialv

3、alue=0，finalvalue=0.25。(3)點(diǎn)擊編譯程序，待編譯成功后，點(diǎn)擊連接程序，點(diǎn)擊運(yùn)行程序，觀察球桿和小球的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。待小球靜止后，點(diǎn)擊停止程序，打開示波器scope觀察響應(yīng)曲線的超調(diào)量，調(diào)治時(shí)間。若能達(dá)到理想的控制收效，說明所設(shè)置的PID參數(shù)合理。否則，依照波形表現(xiàn)的超調(diào)量，調(diào)治時(shí)間，以及最后牢固后表現(xiàn)的靜差，調(diào)整PID參數(shù)，連續(xù)調(diào)試系統(tǒng)，最后達(dá)到理想的控制收效。四、實(shí)驗(yàn)過程原始記錄（程序、數(shù)據(jù)、圖表、計(jì)算等）1Simulink仿真程序框圖以下：系統(tǒng)輸入為階躍信號(hào)，階躍時(shí)間為0，初始值為0，終值定為1,采樣時(shí)間為0.1。用試湊法設(shè)置的PID參數(shù)以下：(1)第一設(shè)置比率系數(shù)(P

4、):-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=運(yùn)行仿真程序，獲取的輸出響應(yīng)波形以以下圖所示：觀察波形可知，靜態(tài)誤差太大，故加入積分環(huán)節(jié)除掉靜態(tài)誤差。（2）依照比率環(huán)節(jié)設(shè)置積分環(huán)節(jié)參數(shù)（I）：運(yùn)行此后的波形以以下圖所示：-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=可見加入積分環(huán)節(jié)此后，誠(chéng)然減小了靜態(tài)誤差，可同時(shí)也降低了系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間，甚至出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，故需加入微分環(huán)節(jié)調(diào)治，使系統(tǒng)牢固。（3）依照比率積分環(huán)節(jié)加入微分環(huán)節(jié)（D）：運(yùn)行此后的波形以以下圖所示：從波形圖可知，超調(diào)量減小，調(diào)治時(shí)間減小，振蕩消失，系統(tǒng)牢固。2將以上經(jīng)過試湊法整定的PID參數(shù)（4,0.2，

5、8）輸入到現(xiàn)場(chǎng)球桿系統(tǒng)的PID控制器中，-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=運(yùn)行系統(tǒng)，觀察系統(tǒng)的輸出波形：由于設(shè)備誤差，系統(tǒng)輸出波形一開始無法牢固，小球地址不能夠正確停在球桿上，但從后半段波形可知，系統(tǒng)在牢固從前存在很大誤差，需要調(diào)治積分參數(shù)，從而減小誤差，將參數(shù)I調(diào)整為0.4，再次運(yùn)行：能夠看到，輸出波形比從前更加牢固，誤差減小，從而證明積分參數(shù)有助于減小誤差，但系統(tǒng)還存在振蕩現(xiàn)象，調(diào)治微分環(huán)節(jié)除掉振蕩。連續(xù)調(diào)整參數(shù)，比較控制收效：設(shè)定Kp=1.5，Ki=0.42，Kd=1.65，運(yùn)行和觀察：-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=從波形圖可知，調(diào)治微分環(huán)節(jié)有助于減小振蕩和超調(diào)量，此時(shí)系統(tǒng)牢固性較好。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及總結(jié)理論數(shù)據(jù)輸入到實(shí)質(zhì)球桿系統(tǒng)中時(shí)，波形收效比理論收效對(duì)照差很多，可見仿真可是理論參照而已，需與實(shí)質(zhì)結(jié)合才能得出最正確參數(shù)；而且實(shí)驗(yàn)儀器也會(huì)存在很多未知誤差，從波形圖可知，系一致開始會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重振蕩，此后逐漸趨于牢固，可能是電機(jī)誤差，也可能是傳感器誤差，所以都需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試才能想法除掉這些誤差。經(jīng)過試湊法得出的參數(shù)其實(shí)不是適用于實(shí)質(zhì)系統(tǒng)，仍需經(jīng)過比率