PID控制及仿真(共5页)

1、成绩广州航海学院计算机控制的理论基础 实验报告专业班级 电气16 姓名学号 冯 实验名称 PID控制及仿真 实验日期 2019.12.20 实验组号 指导教师 李老师 （报告内容包括：实验目的、实验设备及器材、实验步骤、实验数据、图标及曲线处理、实验小结等）一、实验目的1了解常用的计算机控制算法；2熟悉模拟PID控制的基本原理及控制参数的作用；3掌握数字PID控制算法及其仿真。二、实验设备及器材PC机一台三、实验步骤及内容1. 位置式PID控制仿真1.1位置式PID控制程序如下：1.1.1创建PlantModel的M文件并保存function dy=PlantModel(t,y,flag,pa

2、ra) %定义PlantModel函数u=para;J=0.0067;B=0.1;dy=zeros(2,1);dy(1)=y(2);dy(2)=-(B/J)*y(2)+(1/J)*u;1.1.2位置式PID程序如下clear all; %清除所有close all; %关闭所有ts=0.001; %设置采样时间xk=zeros(2,1); %设置矩阵e_1=0;u_1=0;for k=1:1:2000 %设置循环函数以及采样时刻 time(k)=k*ts; rin(k)=0.50*sin(1*2*pi*k*ts); %设置输入为正弦函数 para=u_1; tSpan=0 ts; tt,xx=

3、ode45(PlantModel,tSpan,xk, ,para); %调用PlantModel函数 xk=xx(length(xx),:); %输出xx的长度 yout(k)=xk(1); e(k)=rin(k)-yout(k); %求出e(k)的表达式 de(k)=(e(k)-e_1)/ts; %求出de(k)的表达式 u(k)=20.0*e(k)+0.50*de(k); %求出u(k)的表达式 if u(k)10.0 %通过if函数取u（k）上限值或者下限值 u(k)=10.0; end u_1=u(k); e_1=e(k);endfigure(1); %第一涨图片的命名plot(tim

4、e,yout,k); %输出横坐标为时间t，纵坐标为输出响应，并且曲线为黑色xlabel(time(s),ylabel(yout);figure(2); %第一涨图片的命名plot(time,rin-yout,k); %输出横坐标为时间t，纵坐标为偏差变化，并且曲线为黑色xlabel(time(s),ylabel(error); %设置横坐标为时间t，纵坐标为偏差变化1.1.3仿真结果如下输出相应曲线偏差曲线1.2位置式PID控制小结通过仿真结果可以看出只要PID参数设置合适，参考输入为正弦函数信号，系统输出能够较好地跟踪参考输入。2. 增量式PID控制仿真。2.1增量式PID控制程序如下cl

5、ear all;%清除所有close all; %关闭所有ts=0.001; %设置采样时间sys=tf(400,1,50,0); %设置连续对象的传递函数dsys=c2d(sys,ts,z); %传递函数进行z变换num,den=tfdata(dsys,v); %设置传递函数的分子分母变量u_1=0.0;u_2=0.0;u_3=0.0;y_1=0;y_2=0;y_3=0;x=0,0,0;error_1=0;error_2=0;for k=1:1:1000 %设置仿真时间 time(k)=k*ts; rin(k)=1.0; %设置输入为单位阶跃信号 kp=8; %分别设置比例、积分、微分参数

6、ki=0.10; kd=10; du(k)=kp*x(1)+kd*x(2)+ki*x(3); %求出du（k）的表达式 u(k)=u_1+du(k); %求出u(k)的表达式 if u(k)=10 %通过if函数取u（k）上限值或者下限值 u(k)=10; endif u(k)=-10 u(k)=-10;endyout(k)=-den(2)*y_1-den(3)*y_2+num(2)*u_1+num(3)*u_2;error=rin(k)-yout(k); %计算偏差u_3=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k); %数据储存y_3=y_2;y_2=y_1;y_1=yout(k);x(1)=

7、error-error_1; %计算比例项x(2)=error-2*error_1+error_2; %计算积分项x(3)=error; %计算微分项error_2=error_1;error_1=error;endplot(time,rin,b,time,yout,r); %输出横坐标为时间t，纵坐标为阶跃信号，并且曲线为红色xlabel(time(s);ylabel(rin,yout); %设置横坐标为时间t，纵坐标为阶跃信号，2.2仿真结果如下2.3增量式PID控制小结由仿真结果可以看出参考输入为阶跃信号，只要增量式PID参数设置合适，系统输出也能够较好地跟踪参考输入。四、实验总结通过本次实验，了解常用的计算机控制算法；熟悉模拟PID控制的基本原理及控制参数的作用；掌握数字PID控制算法及其仿真。同时两种数字PID控