实验四.积分分离PID控制实验.doc

实验四 积分分离PID控制实验课程名称计算机控制技术班级08电气信2班指导教师曹建忠实验学生姓名邱焊萍 李竹青 陈志敏实验日期2011/10/12实验学生学号080705221 080705213080705204报告日期2011/10/191.实验原理及线路简介(1)原理如图41，R为输入，C为输出，计算机不断采入误差E，进行积分判别与PID运算，然后判结果是否溢出(若溢出则取最大或最小值)，最后将控制量输送给系统。图41(2)运算原理PID控制规律为：U(t)=Kpe(t)+ 。e(t)控制器输入；U(t)为控制器输出。用矩阵法算积分，用向后差分代替微分，采样周期为T，算法为：U(K)=KpE(K)+E(K)-E(K-1) =KpE(K)+E(K)-E(K-1)简记为：U=PE+I+D(E-E-1)P、I、D范围为：-0.9999+0.9999，计算机分别用相邻三个字节存储其BCD码。最低字节存符号，00H为正，01H为负。中间字节存前2位小数，最高字节存末2位小数。例有系数P为0.1234，I为0.04秒，D为0，则内存为表4-1所示。表41 地址 内容 Tk 0240:0000H 10 H EI 0240:0001H 7F H 低字节 0240:0002H 00H 中间字节 P 0240:0003H 12H 高字节 0240:0004H 34H 0240:0005H 00H I 0240:0006H 04H 0240:0007H 00H 0240:0008H 00H D 0240:0009H 00H 0240:000AH 00H计算机存有初始化程序，把十进制小数转换成二进制小数，每个小数用两个字节表示。在控制计算程序中按定点小数进行补码运算，对运算结果设有溢出处理。当运算结果超出00H或FFH时则用极值00H或FFH作为计算机控制输出，在相应的内存中也存入极值00H与FFH。积分项运算也设有溢出处理，当积分运算溢出时控制量输出取极值，相应内存中也存入极值。计算机还用0240:0001H内存单元所存的值数作为积分运算判定值EI，误差E有绝对值小于EI时积分，大时不积分。EI的取值范围：00H7FH。控制量U输出至D/A，范围：00HFFH，对应5V+4.96V，误差EI模入范围与此相同。(3)整定调节参数与系统开环增益可用临界比例法整定参数。设采样周期为50ms，先去掉微分与积分作用，只保留比例控制，增大Kp，直至系统等幅振，记下振荡周期Tu和振荡时所用比例值Kpu，按以下公式整定参数。只用比例调节Kp=0.5Kpu(P=Kp=0.5Kpu)用比例、积分调节(T取Tu)比例Kp=0.36Kpu(即P=Kp=0.36Kpu)积分时间TI=1.05Tu(即I=0.07Kpu)用比例、积分、微分调节(T取Tu)比例Kp=0.27Kpu(即P=Kp=0.27Kpu)积分时间TI=0.4Tu(即I=0.11Kpu)微分时间TD=0.22Tu(即D=0.36Kpu)PID系数不可过小，因为这会使计算机控制输出也较小，从而使系统量化误差变大，甚至有时控制器根本无输出而形成死区。这时可将模拟电路开环增益适当减小，而使PID系数变大。例：PID三个系数都小于0.2，模拟电路开环增益可变为K/5，PID系数则都相应增大5倍。另一方面PID系数不可等于1，所以整个系统功率增益补偿是由模拟电路实现。例如若想取P=5.3，可取0.5300送入，模拟电路开环增益亦相应增大10倍。(4)接线与线路原理如图4-2所示。8253的OUT2定时输出OUT2信号，经单稳整形，正脉冲打开采样保持器的采样开关，负脉冲启动A/D转换器。 图 4-2 系统误差信号EU14、IN；U14、OUTU13、IN7：采样保持器对系统误差信号进行采样，将采样信号保持并输出给A/D第7路输入端IN7。(5)采样周期T计算机8253产生定时信号，定时10ms，采样周期T为：T=T10msT事先送入0240:0000H单元，范围是01HFFH，则采样周期T的范围为10ms2550ms。按Tu计算出的T如果不是10ms的整数倍，可以取相近的T。系数转换，8253、8255、8259初始化设置A口、B口中断地址控制准备程序等待中断及中断返回后处理程序中断申请2实验程序流程：见图43 主 程 序 KPEKD(EKEK-1)判积分运算KPEK +D(EKEK-1)+IEK取极值判积分运算KPEK +D(EKEK-1)判溢出取极值中断返回是否是否 PID位置算法A口中断程序 图433实验内容与步骤(1)按图4-2接线，用短路块将S与ST短接，S11置方波档，S12置下档，调W11使信号周期为5S，调W12约为3V。.(2)在调试窗口状态下，“装入程序”TH4-1.EXE，用U0000：2000命令查看程序可知程序数据段段地址为0240，键入(D0240:0000)便可查看数据段内所存的值。利用E编辑命令在该数据段的相应的内存地址中存入Tk 、EI 、KP、KI、KD(其中KI=KD=0)的初始值，如表4-1中的数据。启动PID位置式算法程序（G=0000:2000），用示波器观察输出。(3)选不同的KP，直到等幅振荡，记下TU和KPU，TU填入表41上部。(或KP取0.99仍不振荡则应增大采样周期或增大模拟电路增益，增大增益可调整图42中电位器R)(4)根据临界比例法计算PID三参数，修改KP、KI、KD (若系数过大过小可配合改变模拟电路增益)，积分分离值EI取7FH存入0240 :0001单元，启动程序（G=0000:2000），用示波器测出MP、tS。(5)改变积分分离值EI，启动程序（G=0000:2000）,对照输入观察输出C，看MP、tS有无改善，并记录MP、tS。(6)根据PID三个系数的不同的控制作用，适当加以调整，同时可配合改变EI值，重新存入，启动程序（G=0000:2000），对照输入观察输出，记录MP、tS。按上述方法重复做几次，直到使MP20%，tS1S，在表41中填入此时的各参数和结果。(7)用表41中的最佳PID参数，但积分分离值改为7FH并存入，在输入R为零时启动程序，将参数和结果填入表41中。T= 05 KPU= 0.995 TU= 0.5S 表41 参 数项 目EIPIDMptsI用临界比例法整定参数7F0.24990.11000.35991.22sII用I栏PID参数，但EI修改300.24990.11000.