计算机控制课堂大作业

1、10 宿迁学院机电工程系计算机控制课程大作业（20132014学年度第2学期）得 分 题 目 名 称 PID控制器实验 专 业 自动化 班 级 11自动化（2） 姓 名 陆超 学 号 20110710223 起 止 日 期 6/136/19 授 课 教 师 仲伟松 目录一、摘要-2二、实验一-33、 实验二-6四、总结-105、 参考文献-11摘要计算机控制技术是一门以电子技术、电气控制技术、计算机应用技术为基础，以计算机控制技术为核心，综合可编程控制技术、单片机技术、计算机网络技术，从而实现生产技术的精密化、生产设备的信息化、生产过程的自动化及机电控制系统的最佳化的专门学科。计算机控制系统是

2、在自动控制技术和计算机技术发展的基础上产生的。若将自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现，就组成了典型的计算机控制系统。它用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。其中辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。它与被控对象的联系和部件间的联系通常有两种方式：有线方式、无线方式。控制目的可以是使被控对象的状态或运动过程达到某种要求，也可以是达到某种最优化目标。实验一、增量式PID控制算法及仿真当执行机构需要的是控制量的增量（例如驱动步进电机）时，应采用增量式PID控制，根据递推原理可得增量式PID控制算法为 设被控对象，采用增量式控制算法，P

3、ID控制参数。仿真程序：%Increment PID Controllerclear all;close all; ts=0.001;sys=tf(200,1,50,0);dsys=c2d(sys,ts,'z');num,den=tfdata(dsys,'v'); 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 time(k)=k*ts; rin(k)=1.0; kp=8; ki=0.10; kd=10; du(k)=kp*x(1

4、)+kd*x(2)+ki*x(3); u(k)=u_1+du(k); if u(k)>=10 u(k)=10; end if u(k)<=-10 u(k)=-10; end yout(k)=-den(2)*y_1-den(3)*y_2+num(2)*u_1+num(3)*u_2; error=rin(k)-yout(k); u_3=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k); y_3=y_2;y_2=y_1;y_1=yout(k); x(1)=error-error_1; %Calculating P x(2)=error-2*error_1+error_2; %Calculatin

5、g D x(3)=error; %Calculating I error_2=error_1; error_1=error;endplot(time,rin,'b',time,yout,'r');xlabel('time(s)');ylabel('rin,yout');由于控制算法中不需要累加，控制增量u(k)仅与最近k次的采样有关，所以误动作影响小，而且较容易通过加权处理获得比较好的控制效果。实验二、带死区的PID控制算法某些系统为了避免控制作用过于频繁，消除由于频繁动作所引起的振荡，可采用带死区的PID控制算法，控制算法为：，

6、式中e(k)为位置跟踪偏差，B为可调的死区参数，具体可根据实际控制对象由试验确定。若B太小，会使控制动作过于频繁，达不到稳定被控对象的目的；若B太大，则系统将产生较大的滞后。 设被控对象为，采样周期为1ms，对象输出上有一个幅值为0.5的正态分布的随机干扰信号。采用积分分离式PID控制算法进行阶跃响应，取=0.2，死区参数B=0.1，采用低通滤波器对对象输出信号进行滤波，滤波器为。仿真程序：M=1时，采用一般积分分离式PID控制算法，M=2时采用带死区的积分分离式PID控制算法。%PID Controler with dead zoneclear all;close all; ts=0.001

7、;sys=tf(4.205e005,1,47.35,1.047e004,0);dsys=c2d(sys,ts,'z');num,den=tfdata(dsys,'v'); u_1=0;u_2=0;u_3=0;u_4=0;u_5=0;y_1=0;y_2=0;y_3=0;yy_1=0;error_1=0;error_2=0;ei=0; sys1=tf(1,0.02,1); %Low Freq Signal Filterdsys1=c2d(sys1,ts,'tucsin');num1,den1=tfdata(dsys1,'v');f_1

8、=0; %M=1选择普通积分分离式PID，M=2选择带死区的积分分离式PID算法disp('M=1-Using common integration seperation PID Controler ,M=2- Using integration seperation PID Controler with dead zone')M=input('whether or not use integration seperation PID Controler with dead zone:'); for k=1:1:2000time(k)=k*ts; rin(k)=

9、1; %Step Signal %Linear modelyout(k)=-den(2)*y_1-den(3)*y_2-den(4)*y_3+num(2)*u_1+. num(3)*u_2+num(4)*u_3; D(k)=0.50*rands(1); %Disturbance signalyyout(k)=yout(k)+D(k); %Low frequency filterfilty(k)=-den1(2)*f_1+num1(1)*(yyout(k)+yy_1);error(k)=rin(k)-filty(k); if abs(error(k)<=0.20 ei=ei+error(k

10、)*ts;else ei=0;end kp=0.50;ki=0.10;kd=0.020;u(k)=kp*error(k)+ki*ei+kd*(error(k)-error_1)/ts; if M=1 u(k)=u(k);elseif M=2 %Using Dead zone if abs(error(k)<=0.10 u(k)=0; endend if u(k)>=10 u(k)=10;endif u(k)<=-10 u(k)=-10;end%-Return of PID parameters-rin_1=rin(k);u_3=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k); y_

11、3=y_2;y_2=y_1;y_1=yout(k); f_1=filty(k);yy_1=yyout(k); error_2=error_1;error_1=error(k);endfigure(1);subplot(211);plot(time,rin,'r',time,filty,'b');xlabel('time(s)');ylabel('rin,yout');subplot(212);plot(time,u,'r');xlabel('time(s)');ylabel('u')

12、;figure(2);plot(time,D,'r');xlabel('time(s)');ylabel('Disturbance signal');总结 通过一个学期的学习，我对这门课有了进一步的了解。学习过程中在老师的耐心指导下，有意识的培养和建立了我的思维能力，使我真正建立数据及信息流的概念，以便在控制应用中能够使软件和硬件有机地结合。通过各章例子的讲诉，让我真正的掌握了计算机软件和硬件相结合的设计方法。而当代，随着计算机的高度发展。它的应用在人们的工作和日常生活中越来越普遍了。工业过程控制是计算机的一个重要应用领域。现在可以毫不

13、夸张的说，没有计算机的仪器不能乘为先进的仪器，没有计算机的控制系统不能称其为现代控制系统的时代已经到来。计算控制技术正为了适应这一领域的需要而发展起来的一门技术。绝大多数自动控制都是使用计算机来实现的；控制技术的发展，使得以计算机为控制器核心的微机测控装置与系统，渗透到了国民经济的各行各业，已经无时无处不在影响每个现代人的生活。只有态度认真的对待这门学科才能真正掌握其中的精髓。在将来的工作中或许起着至关重要的作用。 不过，计算机控制系统虽然控制规律灵活多样，改动方便；控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制；能够实现数据统计和工况显示，控制效率高；控制与管理一体化，进一步提高自动化程度。但是由于经典控制理论主要研究的对象是单变量常系数线性系统，它只适用于单输入单输出控制系统。系统的数学模型采用传递函数表示，系统的分析和综合方法主要是基于根轨迹法和频率法。现代控制理论主要采用最优控制、系统辨识和最优估计、自适应控制等分析和设计方法。而系统分析的数学模型主要用状态空间描述。随着要研究的对象和系统越来越复杂，依赖于数学模型的传统控制理论难以解决复杂系统的控制问题：(一)不确定性的模型传统控制是基于模型的控制，模型包括控制对象和干扰模型。传统控制通常认为模型是已知的或经过辨识可以得到的，对于不确定性的模型，传统控制难以满足要求。(