实验二标准PID控制算法

常州大学硬件实验报告常州大学 信息数理学院 计算机控制系统 实验报告第 二 次实验实验名称 标准PID控制算法 专 业 自动化142 实验组别 姓名 徐亮 学号 同实验者 李国梁、王凯翔 记录 实验时间 2017 年 06 月 11 日成绩 审阅教师 一、实验目的（1）了解和掌握连续控制系统的 PID 控制算法的模拟表达式（微分方程）。（2）了解和掌握采用微分方程直接建立后向差分方程的方法。（3）完成对各种 PID 控制系统的设计。（4）观察和分析在标准 PID 控制系统中，P.I.D 参数对输出波形的影响。（5）了解和掌握本实验机的 PID 控制算法中的特殊使用。二、实验原理及说明 在一个控制系统中，采用比例、积分和微分控制方式控制，称之谓 PID 控制。它对于被控对象的传递函数 G(S) 难以描述的情况，是一种.应用广泛，行之有效的控制方式。数字 PID 控制器是基于连续系统的计算机数字模拟设计技术，它把输入信号离散化，用数字形式的差分方程代替连续系统的微分方程，对它进行处理和控制。 差分方程是一种描述离散系统各变量之间动态关系的数学表达式，它只能表示连续时间函数在采样时刻的值。通常，都是用后向差分方程进行描述的。此时，该离散系统在 k 刻的输出信号 P(k)，不但与 k 时刻的输入 r(k)有关，而且与 k 时刻以前输入 r(k-1)，r(k-2)， 有关，同时还与 k 时刻以前的输出 c(k-1)，(k-2)， 有关。 由微分方程直接建立差分方程，首先须对微分方程离散化，即是用差分方程去逼近微分方程的变化规律，其具体内容包括导数、微分、积分、函数和时间 t 等参数的离散化。差分方程和微分方程不仅形式上相似，且微分、积分与差分、求和在含义上对应，并在一定的条件下，可以相互转化。 设采样周期 T 足够小，远小于时间常数，当 t=kT 时，可将微分方程中的导数可用差分项代替，积分项用求和式代替，函数用序列表示，时间 t 变成离散量 kT，即：用式（4-5-1）就可以把微分方程直接变为差分方程。差分方程的求解有经典法、迭代法和 Z 变换法。本实验机的数字 PID 控制实验，它对被控对象不作明确要求，但如果要得到输出的解析解，还須求助于拉氏变换的 Z 变换进行。数字 PID 控制实验的原理方框图见图所示：3、 实验内容及步骤（1）只要运行 LABACT 程序，选择微机控制菜单下的数字 PID 控制实验项目，再选择开始实验，会弹出虚拟示波器的界面，点击开始后将自动加载相应源文件，运行实验程序。在程序运行中，随时可修改控制系数 PID，然后点击发送，无须点击停止；只有在需观察实验结果时，才需点击停止。数字 PID 控制实验构成（2） 将函数发生器（B5）单元的输出（OUT）作为系统输入 R。(连续的正输出宽度足够大的阶跃信号) a将该单元的 S1 置阶跃档（最顶端），S20.2-6S档。b.调节调幅电位器使 OUT 输出电压 2 秒。（3） 安置短路套、联线，构造模拟电路：（4） 虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端 CH1 接到 A6 单元输出端 OUT（C），CH1 选X1档。（5） 运行、观察、记录：该实验的显示界面中采样周期 T（199）x 5mS，“控制系数”栏的比例系数 Kp（0.002.00）、调节器的积分时间常数 Ti（1199mS）、调节器的微分时间常数 Td（0200mS）；均可由用户在界面上直接修改，以期获得理想的实验结果。改变 Kp 、Ti、Td 这些参数后，只要再次点击“发送”键，即可使实验机按照新的控制参数运行。 注：该实验的显示界面 “控制系数”栏的积分时间常数Ti ，不能随意改成 200ms，这将取消积分控制，变为 PD 控制。（详见 PID 控制算法特殊使用）该实验的显示界面中已设定采样周期 T=4*5mS=20mS ，“控制系数”栏的 Kp、Ki、Kd已设定：Kp=0.60 ，Ti =100mS ，Td=30mS 运行程序，用示波器观察输出 C，如果现象不明显则可以调节 A7 单元中的可变电阻和函数发生器（B5）中的调宽调幅。记录 Kp、Ti、Td、MP、ts、参数，在表中填入给此次的各参数与结果。4、 实验结果及截图KpTiTdMpTs10.8100250.631.6220.6100300.472.825、 实验结果分析及感悟本次标准PID控制算法实验，刚开始我们在调整曲线时遇到了麻烦，多次调整没有调出理想的曲线，通过对每次调整曲线时曲线的变化观察，我们找到了调整方法，慢慢地调节各参数，最终调出了相对理