实验一 PID算法实验报告.doc

实验一 数字PID算法实验 1. 实验目的 （1）理解数字PID算法的基本原理。 （2）掌握数字PID算法的设计过程。 2. 实验仪器 （1） MATLAB 6.5软件 一套 （2） 个人PC机 一台 3. 实验原理 在实际工业控制中，大多数被控对象通常有储能元件存在，这就造成系统对输入作用的响应有一定的惯性；另外，在能量和信息的传输过程中，由于管道和传输等原因会引入一些时间上的滞后，往往会导致系统的响应变差，甚至不稳定。因此，为了改善系统的调节品质，通常在系统中引入偏差的比例调节，以保证系统的快速性；引入偏差的积分调节以提高控制精度；引入偏差的微分调节来消除系统惯性的影响，这就形成了按偏差PID调节的系统，该控制系统如图1所示： 图1 模拟PID控制系统 模拟PID控制器的微分方程为 ：比例系数 ：积分时间常数 ：微分时间常数 将（1）式取拉氏变换： 整理后得PID控制器传递函数为 其中 为积分系数 为微分系数 当采样周期T足够小时，令 整理后得， 位置式算法 其中 -------积分系数 --------微分系数 离散PID控制系统如图2所示： 图2 离散PID控制系统 已知被控对象传递函数 ；采样周期为0.5S，借助MATLAB仿真软件，在给定被控对象和单位阶跃输入的条件下，编写基于MATLAB语言的PID算法软件，画出PID算法控制器输出响应图和离散PID控制系统输出响应图，调节 参数，记录PID算法控制器输出响应图和离散PID控制系统输出响应图 四、实验步骤 1.理解实验原理 2.采样周期为0.5S，依据给定的被控对象，借助MATLAB仿真软件，构造被控对象的传递函数模型，构造被控对象的离散化模型，构造被控对象离散化模型的分子、分母系数。 3.调用PID算法函数，实现离散PID控制系统的PID控制算法，在阶跃信号作用下，绘制PID控制器输出响应曲线图和离散PID控制系统输出响应曲线图 五. 实验报告内容 1.在理论分析的基础上，给出PID控制算法的详细设计步骤。 2.根据给定的被控对象和PID算法函数，借助MATLAB仿真软件，编程实现基于该控制系统的PID控制算法，画出该控制系统PID算法控制器输出响应曲线图和离散PID控制系统输出响应曲线图。 3.对照实验图形，分析影响该控制系统的稳定性因素，调节参数，记录两组PID算法控制器输出响应曲线图和离散PID控制系统输出响应曲线图。 function y=pid(num1,den1,num,den,ts,Kp,Ki,Kd) %PID PID calculate for certain system %num1 被控对象离散模型dsys1的分子系数 %den1 被控对象离散模型dsys1的分母系数 %num 获取PID算法控制器dsys传递函数的分子系数 %den 获取PID算法控制器dsys传递函数的分母系数 %ts 采样周期 %Kp 比例调节系数1.0 %Ki 积分调节系数0.10 %Kd 微分调节系数0.50 %dalin(num1,den1,num,den,ts,Kp,Ki,Kd) 绘制PID算法控制器控制输出响应U（k）  num=[1]; den=[0.4,1] den = 0.4000 1.0000 y=tf(num,den,inputdelay,0.76) Transfer function: 1 exp(-0.76*s) * --------- 0.4 s + 1 a=c2d(y,0.5,zoh) Transfer function: 0.4512 z + 0.2623 z^(-1) * ----------------- z^2 - 0.2865 z Sampling time: 0.5 [num,den]=tfdata(a,v) num = 0 0.4512 0.2623 den = 1.0000 -0.2865 0 pid(num,den,0.5,0.6,0.3,0.03)