PID调节器参数整定分析

1、计算机控制技术实验指导书（软件部分）编写：唐红雨黄海峰镇江高等专科学校电子信息系2007年 3 月目录实验一PID调节器参数整定分析2实验二采样控制系统分析4实验三程序判断滤波5实验四中值滤波6实验五平均值滤波8实验一PID 调节器参数整定分析一、实验目的设计 MATLAB 的 M 文件，用来实现 PID 调节器的功能，分析 Kp 、Kd 、Ki 三个参数对系统性能的影响。二、实验步骤开机执行程序，用鼠标双击图标进入 MATLAB 命令窗口： Command Windows 新建 M-file ，然后，输入设计好的程序。调试，检查错误，然后运行。观察系统对不同参数的相应曲线，分析其原因。三、实

2、验要求1、实验之前，查阅有关资料，编写好相应的程序。2、认真做好仿真记录四、实验报告要求叙述 Kp 、Kd、Ki 三个参数对系统性能的影响。附程序：1 % 比例控制G=tf(10，1 6 11 6)；P=0.1： 0.1： 1；%传递函数， Kp 变化范围for i=1 ：length(P)G_c=feedback(P(i)*G，1)；%系统反馈step(G_c)，hold on%单位阶跃输入end2 % 比例积分控制G=tf(10，1 6 11 6)Kp=1； Ti=0.8 ：0.2：1.6；%系统传递函数%Kp 一定，不同Ti的输入for i=1 ：length(Ti)Gc=tf(Kp*1

3、，1/Ti(i)，1，0)；%分别计算不同Ti的系统参数G_c=feedback(G*Gc， 1)；step(G_c)，hold on%阶跃响应曲线3 % 比例、积分、微分控制G=tf(10，1 6 11 6)Kp=1； Ti=0 6； Td=0.1：0.2：2；%系统传递函数%Kp 、Ti 一定，不同Td的输入for i=1 ：length(Td)Gc=tf(Kp*Ti*Td(i)，Ti， 1/Ti ，1， 0)；G_c=feedback(G*Gc， 1)；step(G_c)， hold on%分别计算不同 Td 的系统参数%阶跃响应曲线end4 %P 、PI 、 PID 三种控制策略G=t

4、f(10，1 10 35 50 24)；%系统传递函数Kc ， pp，wg，wp=margin(G) ；Tc=2*pi/wg ；%计算系统开环增益和剪切频率Gc1，Kp1=ziegler(1 ，Kc ，Tc， 10)；Gc1%调用自定义 ziegler 函数， P 控制Gc2，Kp2 ，Ti2=ziegler(2 ，Kc ，Tc， 10)；Gc2%PI 控制Gc3，Kp3 ，Ti3，Td3=ziegler(3，Kc ， Tc，10)； Gc3%PID 控制G_c1=feedback(G*Gc1，1)； step(G_c1)；hold on% P 控制，阶跃响应曲线G_c2=feedback(G

5、*Gc2，1)； step(G_c2)；%PI 控制，阶跃响应曲线G_c3=feedback(G*Gc3，1)； step(G_c3)；其中 ziegler( ) 函数如下 ：function Gc,Kp,Ti,Td,H=ziegler(key,vars)Ti= ; Td= ; H= ;if length(vars)=4,K=vars(1); L=vars(2);T=vars(3); N=vars(4); a=K*L/T;if key=1,Kp=1/a;%P控制器elseif key=2, Kp=0.9/a; Ti=3.33*L;%PI控制器elseif key=3%PID 控制器Kp=1.2

6、/a; Ti=2*L; Td=L/2;endelseif length(vars)=3,K=vars(1); Tc=vars(2); N=vars(3);if key=1, Kp=0.5*K;elseif key=2, Kp=0.4*K; Ti=0.8*Tc;elseif key=3Kp=0.6*K; Ti=0.5*Tc; Td=0.12*Tc;endelseif length(vars)=5,K=vars(1); Tc=vars(2);rb=vars(3); pb=pi*vars(4)/180;N=vars(5); Kp=K*rb*cos(pb);if key=2,Ti=-Tc/(2*pi*

7、tan(pb);elseif key=3Ti=Tc*(1+sin(pb)/(pi*cos(pb);Td=Ti/4;endendswitch keycase 1, Gc=Kp;case 2, Gc=tf(Kp*Ti,1,Ti,0);case 3nn=Kp*Ti*Td*(N+1)/N, Kp*(Ti+Td/N), Kp;dd=Ti*Td/N,1,0; Gc=tf(nn,dd);end实验二采样控制系统分析一、实验目的考察连续时间系统的采样控制中， 零阶保持器的作用与采样时间间隔对 Ts 对系统稳定性的影响二、实验步骤开机执行程序，用鼠标双击图标，进入MATLAB 命令窗口： Command Win

8、dows在 Command Windows 窗口中输入： simulink ，进入仿真界面，并新建 Model 文件在 Model 界面中构造连续时间系统的结构图。作时域仿真并确定系统时域性能指标。带零阶保持器的采样控制系统如下图所示。作时域仿真，调整采样间隔时间 Ts，观察对系统稳定性的影响。三、实验要求（1）按照结构图程序设计好模型图，完成时域仿真的结构图（2）认真做好时域仿真记录四、实验报告要求（ 1）叙述零阶保持器的作用（ 2）讨论采样时间间隔 Ts 对系统的影响。附： step 模块在 sources库中sum 模块在 math operations库中scope模块在 sinks

9、库中transfer fcn 模块在 continuous 库中zero-order hold 模块在 discrete 库中实验三程序判断滤波一、实验目的1、掌握数字滤波中程序判断滤波的设计思路和单片机程序实现方法；2、学会使用 51 汇编集成开发环境调试程序判断滤波；3、学会使用保护现场、恢复现场的方法。二、实验内容采样的信号如果因传感器不稳定而引起严重失真时，可以采用程序判断滤波。方法是：根据经验确定两次采样允许的最大偏差 y，若两次采样信号的差值大于y，表明输入的是干扰信号， 应该去掉， 用上次采样值作为本次采样值。若小于或等于y，则表明没有受到干扰，本次采样值有效。例如，当前采样值存

10、30H，上次采样值存 31H，结果存 32H。 y 根据经验确定，本例设为 03H，程序框图如图1 所示。程序清单：ORG0050HPUSHACC；保护现场PUSHPSWMOV30H，#33HMOV31H，#31HMOVA，30H；Y nACLRCSUBBA，31H；求 Y nY n-1保护现场JNCLP0；Y Yn-10 吗？nCPLA求 Y n Y n-1ADDA ， #01HLP0：CLRCY n Y n-1 0？YCJNEA ，#01H， LP2；Y nY n-1 y?NLP1：MOV32H ，30H；等于 y，本次采样值有效求绝对值AJMPLP3LP2：JCLP1；小于 y，转本采样

11、值有效MOV32H， 31H；大于 y, Yn-132HNLP3：POPPSW；恢复现场|Y n Y n-1 | y ？YPOPACCY n=Y n-1只有当本次采样值小于上次采样值才进行求补， 保证本次采样值有效。恢复现场在调试过程中，分别对30H、31H 置入数值，让两者差值分别大于、等于、小于y，注意观察 32H 中数值的返回变化，以及程序的跳转情况。实验四中值滤波一、实验目的1、掌握数字滤波中中值滤波的设计思路和单片机程序实现方法；2、学会使用 51 汇编集成开发环境调试中值滤波；3、学会使用保护现场、恢复现场的方法。二、实验内容中值滤波就是连续输入3 个检测信号，从中选择一个中间值作

12、为有效信号。本例第一次采集的数据存R1，第二次采集的数据存R2，第三次采集的数据存R3，中间值存 R0。程序清单如下：ORG0050HMOVR1,#11HMOVR2,#12HMOVR3,#13HPUSHPSW；保护 PSW、APUSHAMOVA，R1；第 1 次采集的数据送 ACLRCSUBBA，R2；JNCLOB01；第 1 次采集数大于第 2 次采集数？MOVA，R1XCHA，R2；第 1、 2 次采集数互换MOVR1， ALOB01： MOVA，R3CLRCSUBBA，R1JNCLOB03；第 3 次采集数大于第1 次采集数？MOVA，R3CLRCSUBBA，R2JNCLOB04；第 3

13、 次采集数大于第2 次采集数则转MOV32H，ALOB02： POPA；恢复现场POPPSWRETLOB03： MOVA，R1MOV32H，AAJMPLOB02LOB04： MOVA，R3MOV32H， AAJMPLOB02END调试过程中，首先分别对 R1、R2、R3 三个寄存器赋值，例如（ R1）=24H，（R2）=30H，（R3）=2CH，程序运行结束后，（R0）=重新对 R1、 R2、R3 三个寄存器赋值，观察R0 中数值的变化。（ R0） =注：带下划线的数据可以自行改变。实验五平均值滤波一、实验目的1、掌握数字滤波中均值滤波的设计思路和单片机程序实现方法；2、学会使用 51 汇编集

14、成开发环境调试中值滤波；3、学会使用保护现场、恢复现场的方法。二、实验内容均值滤波就是连续监测8 个数据，分别放在 30H-37H 中，首先求出 8 个数的和，放在 R6 中，在求出平均值时，采用的方法是移位法，即对和向右移动3 次，得到均值。此种方法适用于采样个数为2 的幂次方，最后求出的均值放在38H 单元。程序清单如下：ORG0050HMOVA, #88HMOV30H,#12HMOV31H,#22HMOV32H,#42HMOV33H,#52HMOV34H,#11HMOV35H,#21HMOV36H,#32HMOV37H,#04HPUSHPSW；现场保护PUSHAMOV7FH,#00H ；进位位清零， 7FH 单元存放进位MOVR0,#30H；设置数据存储区首址MOVR7,#08H；设置采样数据个数CLR A；清累加器LOOP:ADDA,R0；两数相加JNCNEXT；无进位，转 NEXTINC7FH；有进位，进位位加 1NEXT:INCR0；数据指针加 1DJNZR7,LOOP；未加完，继续加MOVR7,#03H；设置循环次数DIVIDE: M OVR6, A；保存累加器中的内容，R6 暂