数字PID调节器算法的研究实验报告

1、实验4数字PID调节器算法的研究一、实验目的1 .学习和熟悉常规数字PID控制算法的原理2 .学习并熟悉积分分离PID控制算法的原理3 .掌握具有数字PID调节器控制系统的实验和调节器参数的调整方法。二、实验设备1.THTJ-1型计算机控制技术实验箱2.THVLW-1型USB数据收集卡1张(包括37芯通信线、USB电缆各1根)3 .一台电脑(包括上位机软件“THTJ-1”)三、实验内容1 .使用本实验平台，设计和配置用于混合仿真的计算机闭环实时控制系统。2、采用普通的PI和PID调节器，构成计算机闭环系统，调节器的参数，使其具有令人满意的动态性能3、系统采用积分分离PID控制，调整调节器参数。

2、四、实验原理工业过程控制中应用最广泛的控制器是PID控制器，是结合偏差比例(p )、积分(I )、微分(d )的控制规则。 数字PID控制器是从模拟PID控制规则直接转换而来的。在PID控制规则中，导入积分的目的是消除静差，提高控制精度，但在系统中导入积分，多产生过冲量，在生产过程中是不允许的。 因此，工业生产中经常改进的PID算法，例如积分分离PID算法，如果具有在控制量和设定值的偏差大的情况下取消积分控制的思想的控制量接近预定值，则投入积分作用，消除静差，提高控制精度。 由此，在维持积分的作用的同时，减少了过冲量。五、实验程序1 .实验布线1.1在图4-1和图4-2中连接一个二次被控制对象

3、的闭环控制系统的电路1.2该电路的输出连接在数据收集卡的输入端子AD1上，电路的输入连接在数据收集卡的输出端子DA1上1.3检查电路的接线没有错误后，打开实验台的电源开关，把调零单元的调零按钮设为“不调零”状态。2 .脚本程序的执行2.1启动计算机，在桌面上双击图标THTJ-1，运行实验软件2.2依次点击虚拟示波器画面的“开始收集”按钮和工具栏的可编程控制器按钮2.3在脚本编辑器窗口的文件菜单中单击“打开”按钮，然后单击“计算机控制算法VBS计算机控制技术基础算法” 在“数字PID调速器算法”文件夹中，选择并打开“位置表达式PID”脚本程序，读取并理解该程序，然后在脚本编辑器窗口的调试菜单中单

4、击“步骤设置”，执行脚本算法2.4用虚拟示波器观察在脚本编辑器窗口的调试菜单中点击“启动”的图4-2的输出端的响应曲线2.5在脚本编辑器的调试菜单中单击“停止”，用扩展响应曲线法(参照本实验附录4 )调整PID控制器的p、I、d以及系统采样时间Ts等参数后运行。 请注意在整定中观察参数的变化对系统动态性能的影响2.6参考步骤2.4、2.4和2.5，以相同的方式分别执行增量PID和积分分离PID脚本程序，调整PID控制器的p、I、d和系统采样时间Ts等参数，参数的变化对系统的动态性能另外，在执行积分分离PID程序的过程中，要注意不同的分离阈值tem对系统的动态性能的影响2.7实验结束后，关闭脚本

5、编辑器的窗口，结束实验软件。五、实验原理1 .被控制对象的模拟和计算机闭环控制系统的结构图中的信号的离散化是通过数据收集卡的采样开关来实现的。受控对象的传递函数如下其模拟电路图如下图所示2 .普通PID控制算法通常的PID控制位置式算法对应的z传递函数是其增量形式是3 .积分分离PID控制算法对于系统中引入的积分分离算法，积分分离PID算法设置分离阈值E0喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓卡卡卡卡卡卡卡卡耶伊耶伊耶伊耶伊耶伊耶伊653积分分离PID控制算法如下公式中的Ke称为逻辑系数喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓卡卡卡卡卡耶伊耶伊耶伊耶伊耶伊耶伊耶伊耶伊耶伊6相应的控制框图图中

6、的信号的离散化是通过数据收集卡的采样开关来实现的。4 .数字PID控制器的参数整定在模拟控制系统中，参数调整的方法很多，作为一般的实验调整法有临界比例法、阶跃响应曲线法、试验方法等。 数字控制器参数的调整也可以采用类似的方法，例如扩展的临界尺度法、扩展的阶跃响应曲线法、尝试方法等。 然后，简单介绍扩展阶跃响应曲线的方法。扩展阶跃响应曲线法仅适用于包括多个惯性链路的自平衡系统。 用扩展阶跃响应曲线法调整PID参数的步骤如下数字控制器不访问控制系统，在使系统以开环工作的状态下，将调整后的值调整到规定值附近，使其稳定。记录阶跃输入调整的整个变化过程在曲线的最大斜率上画切线，求出延迟时间和被控制对象时

7、间常数Tx，以及它们的比Tx/，检查教科书表，决定控制器的KP、Ki、Kd以及采样周期t。扩展阶跃响应曲线法通过测量响应曲线的、Tx参数来获得初步的PID控制参数，然后通过部分参数的调整(尝试)来获得对系统的满意的控制性能。六、调整过程除了积分作用和微分作用，只留下比例作用，使比例度逐渐减少，直到系统产生持续的等幅振动为止。图6-1从图中可以使系统振动的临界比例是1/2.314系统的临界振荡周期为1.438选择控制度1.05进行参数整定根据1.05控制度计算出的参数如下控制度叔叔PSPS电视节目1.050.020.2720.7050.201a .采用PID结构，根据参数计算出的参数有以下波形图6-2b .对参数进行微调，在其他值不变的情况下，将Ti的值设为2.0，则能看到反应响应慢，但静差变小的波形。图6-3c .继续微调各参数，得到以下图6-4和图6-5两个波形，最终结构选择图6-5的波形参数，达到要求的结果，反应快，超微调整小，