PID(比例积分微分).docVIP

自动控制原理实验报告 实验名称：线性系统的时域分析 实验时间：2013.12.25 实验地点： 实验学生（签名）： 实验设备验收人员（签名）： 实验成绩： 实验指导教师（签名）： ————————————————————————————— 一、实验目的 1、认识各种电路元件，了解其功能，并能在电路板上连接电路图，分析电路的工作原理。 2、掌握线性系统的时域特性规律，观察比例微分环节、比例-积分-微分环节输出时域响应曲线，并测量相应参数。 3、熟悉自动控制原理实验装置，能够熟练运用LabACTn软件解决线性系统的时域输出响应。 二、实验原理及内容 1、微分环节 为了便于观察比例微分的阶跃响应曲线，本实验增加了一个小惯性环节，其模拟电路如图3-1-5所示。 图3-1-5 典型比例微分环节模拟电路 实际比例微分环节的传递函数： 微分时间常数： 惯性时间常数： 额外定义如下参数： 比例微分环节对幅值为A的阶跃响应为： 2、PID（比例-积分-微分）环节 PID（比例-积分-微分）环节模拟电路如图3-1-6所示。 图3-1-6 PID（比例-积分-微分）环节模拟电路 典型PID环节的传递函数： 其中 ， ， 。 惯性时间常数： ， ， 。 典型PID环节对幅值为A的阶跃响应为： 三、实验步骤 1、比例微分环节 （1）构造模拟电路：按图3-1-5安置短路套及插孔连线，表如下。 （a）安置短路套 模块号 跨接座号 1 A4 S4，S6，S7 （b）插孔连线 1 信号输入（Ui） B1（OUT1）→A4（H1） 2 运放级联 A4（OUT）→A8（H1） 3 示波器联接 A8（OUT）→B2（CH2） （2）运行、观察、记录： 选择线性系统时域分析／典型环节／比例微分环节，确认信号参数默认值后，点击《下载》、《开始》键后，实验运行。 实验停止后： ①用示波器量得输出端（Uo）的稳态电压Uinf ，。 ②用示波器量得输出端（Uo）的最大电压Umax，减去稳态输出电压Uinf，然后乘以0.632，得到?U，即。 ③将虚拟示波器的一根横游标方置在最大电压Umax处，调整另一根的位置，直到两横向游标间的间距为?U为止。此时，两根横游标与指数曲线产生两个交点，再移动虚拟示波器的两根纵游标，分别与这两个交点重合，则两根纵向游标间的间距Δt即为τ。 ④已知KD=6，图3-1-9的比例微分环节模拟电路微分时间常数：。 注： 建议对相同的参数设置，进行多次实验，选择系统输出最大电压Umax最接近的一次，作为最终的结果实验，并在其上测量系统的惯性时间常数τ。 由于本实验机尽管A/D转换速度很高，但受到串口通讯速度的限制，不能完全地显示比例微分环节的输出，因此建议用具有较高带宽的数字示波器观察。 2、PID（比例-积分-微分）环节 （1）构造模拟电路：按图3-1-6安置短路套及插孔连线，表如下。 （a）安置短路套 模块号 跨接座号 1 A4 S4，S6 （b）插孔连线 1 信号输入（Ui） B1（OUT1）→A4（H1） 2 运放级联 A4（OUT）→A8（H1） 3 示波器联接 A8（OUT）→B2（CH2） （2）运行、观察、记录： 选择线性系统时域分析／典型环节／比例积分微分环节，确认信号参数默认值后，点击《下载》、《开始》键后，实验运行。 实验停止后： ①点击《开始》键后，实验运行。 ②待实验运行结束后，在输出电压Uo的积分曲线部分（较为平整的斜坡曲线部分），调整虚拟示波器两根横向游标的间距，使，得到两根横向游标与响应曲线的两个交点。 ③再分别移动示波器两根纵向游标，与第②步所获得的两个交点重合。此时，两根纵向游标间的间距Δt即为 PID环节积分时间常数Ti。 ④将A4单元中标识为S7的短路套套上，则原理图3-1-11中的电容C1被短路，典型PID环节转化为3.1.1.5的比例微分环节。点击开始，用示波器观测A8单元的输出端Uo’，其响应曲线如图3-1-10所示。 ⑤用示波器量得输出端（Uo’）的稳态电压Uinf’ ，。 ⑥用示波器量