实验五 数字PID控制实验

实验五数字控制实验PID（北京理工大学自动化学院班级姓名学号）摘要本实验除了电路的搭接，最重要的就是计算机各种参数设定的调节，为了可以得到一个符合要求的响应曲线，需要对示波器上的各种参数进行调整关键词数字PID、参数设置、超调量、过渡过程时间

一、实验目的则称这个控制系统是有稳态误差的或

1.了解数字PID的控制特点、控制方式简称有差系统为了消除稳态误差，

2.了解和掌握连续控制系统的PID控制算法在控制器中必须引入“积分项”积分表达式（微分方程）项对误差取决于时间的积分，随着时间

3.了解和掌握被控对象数学模型的建立方法的增加，积分项会增大这样，即便误

4.了解和掌握PII）调节器控制参数的工程整差很小，积分项也会随着时间的增加而定方法加大，它推动控制器的输出增大使稳态

5.了解和掌握用实验箱进行数字PID控制过误差进一步减小，直到等于零因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统程在进入稳态后无稳态误差

6.观察和分析在标准PID控制系统中，P、I、3）微分（D）控制D参数对系统性能的影响在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关

二、实验过程系

1.数字PID控制自动控制系统在克服误差的调节过程中可模拟PID控制框图如下:能会出现振荡甚至失稳其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够图1PID控制框图的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，写出传递函数形式为而目前需要增加的是微分项，它能预测误差变化的趋势,这样，具有比例+微分的12Go{s}=------x-------------控制器，就能够提前使抑制误差的控制作S+l

0.1S+1用等于零，甚至为负值，从而避免了被控

2.数字PID调节器控制特性量的严重超调所以对有较大惯性或滞后1）比例控制的被控对象，比例+微分（PD）控制器能比例⑻控制是一种最简单的控制方式其改善系统在调节过程中的动态特性控制器的输出与输入误差信号成比例关系数字PID调节器控制参数，取采样周当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差期T=

0.05so2）积分控制数字PID闭环控制系统实验构成如下图所在积分⑴控制中，控制器的输出与输入误示差信号的积分成正比关系对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，图2闭环控制系统电路图

三、实验结果To T/s TiTdT KpMp tp

120.

560.

150.

053.

120.

890.

0512.

81.96金$=X78s36%9sS+l

0.1S+1表1

四、思考题化速度，防止振荡但积分时间I太长，

1.分析思考P、I、D在工程整定中的作用及又会当反馈信号急剧变化时，被控物理量PID的实际应用难以迅速恢复在微分控制中，控制器的图3图4事先将差值信号进行放大，比例增益P就输出与输入误差信号的微分（即误差的变是用来设置差值信号的放大系数的化率）成正比关系自动控制系统在克服比例增益P越大，调节灵敏度越高，但由误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失于传动系统和控制电路都有惯性，调节结稳其原因是由于存在有较大惯性组件（环果达到最佳值时不能立即停止，导致“超节）或有滞后组件，具有抑制误差的作用，调”,然后反过来调整,再次超调，形成振其变化总是落后于误差的变化荡为此引入积分环节I,其效果是，使经

2.使用PID控制中，若增加是否需要改变过比例增益P放大后的差值信号在积分时和的值？间内逐渐增大（或减小），从而减缓其变不需要，一个环节的改变不会影响其他两个环节，但会影响系统的性能时间I,如仍有振荡，可适当减小比例增益

3.实际应用中，是否可以选择比较大？为什Po被控物理量在发生变化后难以恢复，首么？先加大比例增益P,如果恢复仍较缓慢，可适当减小积分时间I,还可不可以，当非常大时，微分环节增强，即加大微分时间D超前环节过大，对噪声信号将产生放大作用，使系统失控

4.对不同的被控对象，如何选择PID参数有

五、结束语何规律？本实验除了电路的搭接，最重要的就是计算机P、I、D参数的预置是相辅相成的，运行各种参数设定的调节，为了可以得到一个符合现场应根据实际情况进行如下细调被控要求的响应曲线，需要对示波器上的各种参数物理量在目标值附近振荡，首先加大积分进行调整，参数之间相互影响，对操作要求较高，通过本次实验对PII）控制理解更加深刻参考文献

[1]胡寿松自动控制理论（第六版）科学出版社2013

[2]姜增如自动控制理论实验北京理工大学出版社2010。