直流电机PID闭环数字控制器设计..docx

广西大学实验报告纸姓名：指导老师：成绩:学院：专业：班级实验内容：直流电机PID闭环数字控制器设计 2014年其他组员：实验时间：2014年10月28号实验方式：课外在MATLAB平台上完成实验。实验目的：1、掌握线性系统状态空间标准型、解及其模型转换。实验设备与软件：MATLAB数值分析软件实验原理：1、求矩阵特征值[V J]=eig(A),cv= eig(A)2、求运动的方法（1）利用Laplace/Z逆变换----适合于连续/离散线性系统；（2）用连续(离散)状态转移矩阵表示系统解析解----适合于线性定常系统；（3）状态方程的数值积分方法----适合于连续的线性和非线性系统；（4）利用CotrolToolBox中的离散化求解函数----适合于LTI系统；（5）利用Simulink环境求取响应----适于所有系统求取响应。1、PID调节原理比例调节作用：按比例反应系统的偏差产生调节作用。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统不稳定。积分调节作用：消除稳态误差。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强；反之，Ti大则积分作用弱微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，产生超前的控制作用。在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除，改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用不能单独使用。按偏差的PID是过程控制中应用最广泛的一种控制规则，该调解器是一种线性调节器，。PID的控制原理表达式为：图1 PID控制原理图2、PID算法的数字实现（1）标准PID算法：在输出不振荡时，增大比例增益，减小积分时间常数，增大微分时间常数。因本实验采用的是一种离散时间的离散控制系统，因此为了用计算机实现PID控制必须将其离散化，故可用数字形式的差分方程来代替（1）式中积分系数微分系数，其中--采样周期；--第n次采样时计算机输出；--第n次采样时的偏差值；--第n-1次采样时的偏差值.可将上式转化成增量的形式：（2）（2）积分分离PID控制算法与上述标准算法比，该算法引进积分分离法，既保持了积分的作用，又减小了超调量，使控制性能得到较大的改善。令积分分离法中的积分分离阈值为，则（3）（3）不完全微分PID算法微分作用容易引起高频干扰，因此通常在典型PID后串接一个低通滤波器来抑制高频干扰，微分作用能在各个周期按照偏差变化趋势均匀的输出，真正起到微分的作用，改善系统性能。这样得到的PID算法成为不完全微分PID算法，表达式为：（4）式中3、直流电机闭环调速系统原理图2 直流电机闭环调速系统原理（4）被模拟对象模型描述该闭环调速实验中，直流电机对象可通过实验测得其空载时的标称传递函数如下：（5）实验过程与分析依据电机模型公式（5），在simulink中搭建直流电机闭环调速的仿真模型，分析PID对对象的影响，并选择一组较好的PID参数为在实验操作提供可行依据，搭建的模型如下：其中PID模块的封装为：（1）实验程序标准PID程序：intpid(intP,intI,intD,int E) {int KI,KD,KP,U; KP=P; KI=5*KP/I; //求出积分系数KI KD=D*P/5; //求出微分系数Kp II=II+E; //求出积分U=KP*E+KD*(E-E0)+KI*II; E0=E; return U;}积分分离PID程序：int pid(int P,int I,int D,int E) { int KI,KD,KP,U,fa; KP=P; KI=5*KP/I; //求出积分系数KI KD=D*KP/5; //求出微分系数Kp II=II+E; //求出积分 if(E0) fa=-E; else fa=0; if(fa10) //积分KI不参加运算 { U=KP*E+KD*(E-E0); } else //积分KI参加运算 { U=KP*E+KD*(E-E0)+KI*II; } E0=E; return U;}不完全