测控系统实验报告-数字PID控制实验.docx

测控系统实验报告

数字PID控制实验

指导老师：王庆义

目录

TOC\o1-3\h\z\u实验一离散系统的数字PID控制仿真 1

1.题目要求 1

2.MatLAab程序〔含注释〕 1

3.运行结果 2

实验二积分别离PID控制算法及仿真 5

1.题目要求 5

2.MatLab程序〔含注释〕 5

3.程序运行结果： 7

实验总结 9

实验一离散系统的数字PID控制仿真

1.题目要求

设被控对象为，采样时间为1ms，采用z变换对其进行离散化，经过z变换后的离散化对象为

针对离散系统的阶跃信号、正弦信号和方波信号的位置响应，设计离散PID控制器。其中S为信号选择变量，S=1时是阶跃跟踪，S=2时为方波跟踪，S=3时为正弦跟踪。

其中PID的主要系数为kp=0.50;ki=0.001;kd=0.001.

2.MatLAab程序〔含注释〕

3.运行结果

运行程序后首先需要输入S的值

S=1时即阶跃跟踪

S=2时即方波跟踪

为了更清晰的认识S=2时的方波跟踪，将y轴范围扩大为-1.2~1.2

使用axis([xminxmaxyminymax])语句

得到新的方波跟踪图像：

S=3时即正弦跟踪

实验二积分别离PID控制算法及仿真

在普通PID控制中引入积分环节的目的，主要是为了消除静差，提高控制精度。但在过程的启动、结束或大幅度增减设定时，短时间内输出很大的偏差，会造成PID运算的积分积累，导致控制量超过执行机构可能允许的最大动作范围对应的限制控制量，引起系统较大的超调，甚至引起系统较大的振荡，这在生产中是不允许的。

积分别离控制根本思路是：当被控制量与设定值偏差较大时，取消积分作用，以免由于积分作用使系统稳定性降低，超调量增大；当被控制量接近给定值时，引入积分控制，以便消除静差，提高控制精度。其具体实现步骤如下：

根据实际情况，人为设定阀值ε〉0；

〔2〕当error(k)ε时，采用PD

〔3〕当error(k)≤ε

积分别离控制算法可表示为

其中，T为采样时间，β为积分项的开关系数

error(k)ε时

1.题目要求

设备控对象为一个延迟对象，采样周期为20s，延迟时间为4个采样周期，即80s。被控对象离散化为

取M=1，采用积分别离式PID控制器进行阶跃响应，对积分别离式PID控制算法进行改良，采用分段积分别离方式，分居误差绝对值的不同，采用不同的积分强度。仿真中指令信号为rin(k)=40,控制器输出限制在[-110，110]，

2.MatLab程序〔含注释〕

3.程序运行结果：

运行程序后提示输入M的值。

提示语含义为：当M=1时采用分段积分别离法，M=2时采用普通PID控制。

M=1采用分段积分别离法

输入输出信号

控制信号u

M=2采用普通PID控制

输入输出信号

控制信号u

实验总结

本次实验重要使用了MatLab软件，在原有知识的根底上主要自学了自动控制方面需要应用的MatLab语言。在实验指导书所给的程序根底上，参加了提示语disp〔‘’〕和S/M输入值得语句S=input〔‘’〕。这样可以在更加方便的呈现不同情况下的图像。在方波跟踪情况下，原始图像y轴最大值、最小值挨着坐标轴，使用了axis([xminxmaxyminymax])语句，通过扩大极值是的图像的形状更加清晰。在实验过程中，由于讲elseif分开输入程序，导致程序运行错误，错误提示为缺少end。再参加end后仍旧有问题。我通过查阅MatLab实验书籍，认识到了if的用法和C语言有很大区别。这样的错误经历让我深刻的体会到了“if…end”和“if…..elseif……end”的使用方式以。

在学习到MatLab程序知识的同时，还通过仿真的图像，直观的感受到了PID控制在不同情况下的区别和联系。也让我认识到了自己只是了解了PID控制原理，如果想要更好的掌握PID控制原理，还需要在课下拿出更多的时间认真学习。