杭电自动化专业计算机控制系统实验报告.doc

实验一、常规PID控制算法仿真 仿真框图如下 实验参数： shiyanpid? Ts=0.1s，b为班号1～5，x为学号后2位，1～45 实验要求： （1）画Simulinnk框图 （2）设计或凑试PID三个参数，进行仿真 （3）使稳态误差为0，且动态性能较满意 仿真框图： 实验分析：b=1,x=15。比例系数Kp增大时系统动作灵敏，响应速度加快，过大会使振荡次数增加，系统趋向不稳定，这里取120。积分环节可以消除稳态误差，Ti减小，系统振荡次数增加，这里取Ki为150。微分环节可以改善系统动态性能，减小超调和调节时间，这里取Kd为10。系统在2秒内达到稳态。 实验二、积分分离PID控制算法仿真 实验参数： shiyanpidjffl? Ts=0.1s，b为班号1～5，x为学号后2位，1～45 实验要求： （1）画Simulinnk框图 （2）使稳态误差为0，且动态性能较满意 （3）尝试不同的积分分离的阈值（比如ε＝0，0.1，0.2，……，0.9，1），观察阶跃响应，并确定最佳的阈值 实验框图： 翻译后Switch模块的说明：如果2输入满足规则，则1通道通过，否则3输入通过。输入被标号。1输入通过规则是输入2（偏差e)大于或等于阀值。第一三输入为数据输入，第二输入为控制输入。 原理：|e(k)|=ε,ki起作用 |e(k)|ε,ki不起作用，由于阶跃输入，(treshhold )ε＝0.1，0.2，……，0.9，1。 由于参数原因去kp=50,ki=kd=0时，曲线最好 为了体现ε的作用，积分值不取0，改为Ki=10 取不同ε后的曲线 ε=0.1 ε=0.5 ε=1 分析：ε=0.1时曲线最好，ε过大起不到积分分离的作用，比如ε=1，总会存在积分作用，ε过小可能是控制不能跳出积分分离的区域，从而只存在PD作用，长时间存在静差。 实验三、不完全微分PID控制算法仿真 1、不完全微分PID控制器的阶跃响应 实验参数： Shiyanpidbwqwfstep? Ts=0.1s，仿真时间设为10s,5s,3s P=1 I=1 D=1 滤波器参数a=0.1，0.2，……，0.8，1.2， 实验框图： 框图1： 积分输出： 微分输出： 可见微分只在第一个单位时间有相应，而且较大 框图2： a=0.1时 a=0.5时： a=1时： 分析：引入惯性环节后，对微分环节对阶跃响应有明显的改善作用。可以持续，且幅值下降。 2、具有不完全微分PID控制器的系统的阶跃响应 Shiyanpidbwqwf? Ts=0.1s，饱和限幅u=±2，b为班号1～5，x为学号后2位，1～45 参考值： （1）b=1，x=1 ，P=1，I=0.4，D=0.5，仿真时间设为20s （2）b=1，x=45 ，P=5，I=0.2，D=0.5，仿真时间设为200s 滤波器参数a=0.1，0.2，……，0.8，1.2， 实验要求： （1）画Simulinnk框图 （2）选择饱和环节参数以及不完全微分之滤波器参数a，使稳态误差为0，且动态性能较满意 （3）尝试不同的PID参数以及对应的滤波器参数a，观察阶跃响应，并确定最佳滤波器参数a 实验框图： b=1,x=15 P=5 I=0.4 D=0.5 没有不完全微分的D通道 有不完全微分的D通道： a=0.1时，系统输出： a=0.6时，（此时最好）系统输出： a=0.8时，系统输出： 总结：不完全微分将低通滤波器加在微分控制环节上，使阶跃作用下，开始有不太大的微分作用，后按一定规律衰减，在较长时间内都有微分作用，有效克服了标准PID算法的不足。