1、上海商學(xué)院信息與計算機學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗報告實驗名稱實驗五PID控制器實驗指導(dǎo)教師劉畐強4專業(yè)姓名王梓杰班級物聯(lián)網(wǎng)172學(xué)績、實驗?zāi)康?. 了解PID控制的原理與特點：2. 掌握PID控制器的設(shè)計方法；3掌握PID控制器參數(shù)與系統(tǒng)性能分析方法。二、實驗環(huán)境Windows10操作系統(tǒng)、Matlab2018a三、實驗內(nèi)容1.設(shè)計基于PID控制器的典型控制系統(tǒng)；2繪制系統(tǒng)響應(yīng)曲線，計算系統(tǒng)性能指標(biāo)；3.分析PID參數(shù)變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性及動態(tài)指標(biāo)的影響。四、實驗步驟與結(jié)果設(shè)被控對象等效傳遞函數(shù)為：G(s)=1分析控制器的參數(shù)對系統(tǒng)靜態(tài)誤差s(s+1)(s+5)的影響，執(zhí)行如

2、下程序：nuni=l;den=conv(110|,Ll5J;G0=tfiruunn,denj;rlacLis(GOJ(aKlstr-j-j-10101)屏幕中得到該系統(tǒng)傳遞函數(shù)的根軌跡圖：7尋匸0鮫«-RealAxisIsec:onds'j1tb當(dāng)開環(huán)增益小于約32.2時，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。由圖中可知原系統(tǒng)在臨界穩(wěn)定狀態(tài)時，取K'=30,P'=2兀/廠=2兀/2.3心2.73利用等幅震蕩整定法，可以確定控制器對應(yīng)的參數(shù)控制器類型等幅震蕩整定PK=0.5K'PIK=0.45K',T=0.833PPIDK=0.6K',T=0.5P'

3、,T'=0.125P'得到?jīng)]有加PID控制時原系統(tǒng)及添加PID控制器后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)其中參數(shù)K=0.6*30=18T=0.5P'=0.5*2.73=1.365T'=0.125P'=0.125*2.73=0.34125執(zhí)行如下圖所示程序：t_0:0,01:2-5：nuTTi=l;dEn=2on7(1L01.ZL5J;GO=tf(nuTTi,den.'stepeedback',G0.1,、t)holdont:0=30;p0=2.73：kl=0.6+kO;ti=0.5*p0;td-O.125*p0;s-tfC=);step(feedback(G

4、O+Gc,1),t)燈七lef跟系統(tǒng)與添加PID控制系統(tǒng)的對比圖')gtertf匣閉環(huán)系統(tǒng)響應(yīng)曲線J吐日祇中口)控制系統(tǒng)響應(yīng)曲線')屏幕呈現(xiàn)圖像：五、思考與練習(xí)我們用MATLAB對PID控制器進行一次仿真，進入Simulink，按下圖顯示將PIDController，Scope，Step，Sum，TransferFon添加到模型編輯區(qū)域并連接：此時的sum反饋的符號是一個+，也就是說這是一個正反饋，但是我們PID般都是負(fù)反饋，所以需要改一下反饋的符號。雙擊sum切換到sum的屬性對話框，將Listofsigns由+改為一，則下面的+會變成減。執(zhí)行，打開Scope查看PID輸出波

5、形如下圖：Source:Derivative(D):Pruportluncil(P):Vi1tercoefficientIniesral:我們也可以打開PID控制器，調(diào)整參數(shù):ControllerpariimctcrsSource:|internalPrciporlioiial(P):IIntegreI(I):|Derivalive：叵l:;ItercwFficient(N):100SelectlimingMeth&d:ITransferFund調(diào)整之后圖像也有所變化：六、心得體會PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，它根據(jù)給定值r(t)與實際輸出值c(t)構(gòu)成的控制偏差：e(t)=r(t)-

6、c(t)將偏差的比例、積分、微分通過線性組合構(gòu)成控制量，對控制對象進行控制。在實際應(yīng)用中，常根據(jù)對象的特征和控制要求，將P、I、D基本控制規(guī)律進行適當(dāng)組合，以達到對被控對象進行有效控制的目的。PID調(diào)節(jié)特點是：比例調(diào)節(jié)反應(yīng)速度快，輸出與輸入同步，沒有時間滯后，其動態(tài)特性好，但是比例調(diào)節(jié)的結(jié)果不能使被調(diào)參數(shù)完全回到給定值，而產(chǎn)生余差。比例調(diào)節(jié)的結(jié)果不能使被調(diào)參數(shù)完全回到給定值，而產(chǎn)生余差。PID是以它的三種糾正算法而命名的。這三種算法都是用加法調(diào)整被控制的數(shù)值。而實際上這些加法運算大部分變成了減法運算因為被加數(shù)總是負(fù)值。這三種算法是：比例，控制當(dāng)前，誤差值和一個負(fù)常數(shù)P(表示比例)相乘，然后和預(yù)定的值相加。P只是在控制器的輸出和系統(tǒng)的誤差成比例的時候成立。這種控制器輸出的變化與輸入控制器的偏差成比例關(guān)系；積分?？刂七^去，誤差值是過去一段時間的誤差和，然后乘以一個負(fù)常數(shù)I,然后和預(yù)定值相加。I從過去的平均誤差值來找到系統(tǒng)的輸出結(jié)果和預(yù)定值的平均誤差。一個簡單的比例系統(tǒng)會振蕩，會在預(yù)定值的附近來回變化，因