实验一数字PID控制器的设计..doc

实验一 数字PID 控制器的设计 ——直流闭环调速实验 预习报告 一、实验目的： 1. 理解晶闸管直流单闭环调速系统的数学模型和工作原理； 2. 掌握PID 控制器参数对控制系统性能的影响； 3. 能够运用MATLAB/Simulink 软件对控制系统进行正确建模并对模块进行正确的参数设置； 4. 掌握计算机控制仿真结果的分析方法。 二、实验工具： MATLAB 软件（6.1 以上版本）。 三、实验内容： 已知晶闸管直流单闭环调速系统的转速控制器为PID 控制器，如图1所示。试运用MATLAB 软件对调速系统的P、I、D 控制作用进行分析。 四、实验步骤： （一）模拟PID 控制作用分析： 运用MATLAB 软件对调速系统的P、I、D 控制作用进行分析。 （1）比例控制作用分析 为分析纯比例控制的作用，考察当Td = 0, Ti =∞ , Kp =1~5时对系统阶跃响应的影响。 MATLAB 程序如下： G1=tf(1,[0.017 1]); G2=tf(1,[0.075 0]); G12=feedback(G1*G2,1); G3=tf(44,[0.00167 1]); G4=tf(1,0.1925); G=G12*G3*G4; Kp=[1:1:5]; for i=1:length(Kp) Gc=feedback(Kp(i)*G,0.01178); step(Gc),hold on end axis([0 0.2 0 130]); gtext([1Kp=1]); gtext([2Kp=2]); gtext([3Kp=3]); gtext([4Kp=4]); gtext([5Kp=5]); 参考图如下： 图2 P 控制阶跃响应曲线 （2）积分控制作用分析 保持Kp =1不变，考察Ti = 0.03 ~ 0.07 时对系统阶跃响应的影响。MATLAB 程序如下： G1=tf(1,[0.017 1]); G2=tf(1,[0.075 0]); G12=feedback(G1*G2,1); G3=tf(44,[0.00167 1]); G4=tf(1,0.1925); G=G12*G3*G4; Kp=1; Ti=[0.03:0.01:0.07]; for i=1:length(Ti) Gc=tf(Kp*[Ti(i) 1],[Ti(i) 0]); Gcc=feedback(G*Gc,0.01178); step(Gcc),hold on end gtext([1Ti=0.03]); gtext([2Ti=0.04]); gtext([3Ti=0.05]); gtext([4Ti=0.06]); gtext([5Ti=0.07]); （3）微分控制作用分析 为分析微分控制的作用，保持Kp = 0.01 ，Ti = 0.01, 考察Td = 12~ 84 时对系统阶跃响应 的影响。MATLAB 程序如下： G1=tf(1,[0.017 1]); G2=tf(1,[0.075 0]); G12=feedback(G1*G2,1); G3=tf(44,[0.00167 1]); G4=tf(1,0.1925); G=G12*G3*G4; Kp=0.01; Ti=0.01; Td=[12:36:84]; for i=1:length(Td) Gc=tf(Kp*[Ti*Td(i) Ti 1],[Ti 0]) Gcc=feedback(G*Gc,0.01178) ; step(Gcc),hold on end gtext([1Td=12]); gtext([2Td=48]); gtext([3Td=84]); （4）仿真结果分析 自己根据实验曲线，进行仿真结果分析。 （二）数字PID 控制作用分析： 仿照上述过程，独立完成PID 离散化仿真程序编写及结果分析。 （1）比例控制作用下，取采样时间0.001 秒。 仿真结果参考图如图3。 图3 数字P 控制作用仿真结果图 （2）比例积分控制作用下，取采样时间0.001 秒。 仿真结果参考图如图4。  图4 数字PI 控制作用仿真结果图 （3）比例积分微分控制作用下，取采样时间0.05 秒。 仿真结果参考图如图5。 图5 数字PID 控制作用仿真结果图 （4）仿真结果分析 自己根据实验曲线，进行仿真结果分析。 %数字PID离散化仿真程序 clc clear figure(1); grid on hold on color=[r,g,b,y,m] ts=0.001; G1=tf(1,[0.017 1]); G2=tf(1,[0.075 0]); G12=feedback(G1*G2,1); G3=tf(44,[0.00167 1]);