数字PID调节器算法的研究.docVIP

实验二 数字PID调节器算法的研究 一、实验目的 1、通过编程熟悉VC++的Win32 Console Application的编程环境； 2、通过编程熟悉PCI-1711数据采集卡的数据输入输出； 3、掌握PID控制器的编程方法； 4、了解闭环控制系统的概念与控制方法； 5、熟悉定时器及显示界面的使用方法； 二、实验设备 1．THBDC-1型 控制理论·计算机控制技术实验平台 2．PCI-1711数据采集卡一块 3．PC机1台(安装软件“VC++”及“THJK_Server”) 三、实验原理 1．被控对象的模拟与计算机闭环控制系统的构成， 图2-1计算机控制系统原理框图 图中信号的离散化通过 PCI-1711数据采集卡的采样开关来实现。 2．常规PID控制算法 常规PID控制位置式算法为 ，当计算机等外部环境发生变化时，U（k）会产生大幅度的变化，这对很多执行对象来说，这种冲击是不能接受的。所以，工程上常用增量式控制算法。 其增量形式为： 式中Kp---比例系数 Ki=积分系数，T采样周期 Kd＝微分系数 本实验就是采用的PID增量式算法。 根据被控对象和环境等不同，还可以采用积分分离PID算法，智能PID算法，微分先行等多种形式的PID控制算法。 图中信号的离散化是由数据采集卡的采样开关来实现。 3．数字PID控制器的参数整定 在模拟控制系统中，参数整定的方法较多，常用的实验整定法有：临界比例度法、阶跃响应曲线法、试凑法等。我们控制器参数的整定也可采用类似的方法，如扩充的临界比例度法、扩充的阶跃响应曲线法、试凑法等。 针对本实验的二阶线性系统对象，建议用衰减曲线法：《自动控制原理》田玉平二版316页。 4．程序流程图： 四、实验步骤 1、仔细阅读“PCI-1711数据采集卡驱动函数说明.doc”和“THJK-Server软件使用说明.doc”文档，掌握PCI-1711数据采集卡的数据输入输出方法和THJK-Server软件（及相关函数）的使用方法。 2、模拟电路接线图如下所示： 图2-2 二阶被控对象与计算机连接图 图中R1=510K，R2=510K，R3=100K，R4=200K，C1=1uF，C2=10uF。 DA1, AD1, AD2, 是PCI-1711实验面板的接口 3、用导线将二阶模拟系统的输入端连接到PCI-1711数据采集卡的“DA1”输出端，系统的输出端与数据采集卡的“AD1”输入端相连； 4、用导线将+5V直流电源输出端连接到PCI-1711数据采集卡的“AD2”输入端，作为阶跃触发使用，阶跃幅度由软件设定。初始时，+5V电源开关处于“关”状态； 5、打开数字PID实验文件夹下．dsw工程文件，源程序中缺少PID算法程序。请同学用增量式算法编写PID控制程序。 6、源程序编译通过后，先启动“THJK_Server”图形显示软件，再执行程序代码，在显示界面出现的曲线并稳定后（初始化后），把+5V电源打到“开”状态，观测系统的阶跃响应曲线。在实验结束后，在键盘上按下“e”和“Enter（回车键）”键，程序退出。 7、用衰减曲线法反复调试PID参数，选择适当的PID参数后，重复第5步骤，直到得到满意的阶跃响应曲线为止并截图。 五.实验结果 五、实验报告要求 1．绘出二阶被控对象单位反馈（无PID调节）时的阶跃响应曲线。 2．编写PID数字控制器的C++程序（增量式算法）。 3．绘出二阶被控对象在采用数字控制器后参数较好的响应曲线。 4. 分析采样周期Ts的减小或增大对系统阶跃响应的影响。 Y（t） R（t） AD1 DA1 计算机 - + 二阶对象 PID Y Y N N 关闭设备，结束 等待 定时器时间到？ 在显示软件上画出阶跃响应曲线 控制量限幅，D/A输出控制量 A/D采样，PID控制 按下“e”和“enter”键否？ 初始化数据采集卡，与显示软件进行通信，从键盘输入有关输入参数 开始