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数字PID调节器算法的研究实验报告--第1页

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实验四数字PID调节器算法的研究

一、实验目的

1．学习并熟悉常规的数字PID控制算法的原理；

2．学习并熟悉积分分离PID控制算法的原理；

3．掌握具有数字PID调节器控制系统的实验和调节器参数的整定方法。

二、实验设备

1．THTJ-1型计算机控制技术实验箱

2．THVLW-1型USB数据采集卡一块(含37芯通信线、USB电缆线各1根)

3．PC机1台(含上位机软件“THTJ-1”)

三、实验内容

1．利用本实验平台，设计并构成一个用于混合仿真实验的计算机闭环实时控制系统；

2．采用常规的PI和PID调节器，构成计算机闭环系统，并对调节器的参数进行整定，

使之具有满意的动态性能；

3．对系统采用积分分离PID控制，并整定调节器的参数。

四、实验原理

在工业过程控制中，应用最广泛的控制器是PID控制器，它是按偏差的比例（P）、积

分（I）、微分（D）组合而成的控制规律。而数字PID控制器则是由模拟PID控制规律直接

变换所得。

在PID控制规律中，引入积分的目的是为了消除静差，提高控制精度，但系统中引入

了积分，往往使之产生过大的超调量，这对某些生产过程是不允许的。因此在工业生产中常

用改进的PID算法，如积分分离PID算法，其思想是当被控量与设定值偏差较大时取消积分

控制；当控制量接近给定值时才将积分作用投入，以消除静差，提高控制精度。这样，既保

持了积分的作用，又减小了超调量。

五、实验步骤

1、实验接线

1.1按图4-1和图4-2连接一个二阶被控对象闭环控制系统的电路；

1.2该电路的输出与数据采集卡的输入端AD1相连，电路的输入与数据采集卡的输出

端DA1相连；

1.3待检查电路接线无误后，打开实验平台的电源总开关，并将锁零单元的锁零按钮处

于“不锁零”状态。

2、脚本程序运行

2.1启动计算机，在桌面双击图标THTJ-1，运行实验软件；

2.2顺序点击虚拟示波器界面上的“开始采集”按钮和工具栏上的脚本编程器按钮；

2.3在脚本编辑器窗口的文件菜单下点击“打开”按钮，并在“计算机控制算法计算

机控制技术基础算法数字PID调器算法”文件夹下选中“位置式PID”脚本程序并打开，阅读、

理解该程序，然后点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“步长设置”，将脚本算法的运行步长设

为100ms；

2.4点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“启动”；用虚拟示波器观察图4-2输出端的响应

曲线；

2.5点击脚本编辑器的调试菜单下“停止”，利用扩充响应曲线法（参考本实验附录4）整

定PID控制器的P、I、D及系统采样时间Ts等参数，然后再运行。在整定过程中注意观察参数

的变化对系统动态性能的影响；

2.6参考步骤2.4、2.4和2.5，用同样的方法分别运行增量式PID和积分分离PID脚本程

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