自动控制理论实验八.doc

实验八 基于MATLAB的PID控制研究 实验目的： 理解PID的基本原理 研究PID控制器的参数对于系统性能的影响 实验设备 pc机一台（含有软件“matlab”） 实验内容 1 利用matlab软件，针对控制对象设计单闭环PID控制系统 通过调节PID控制器的参数，研究PID控制参数对系统性能的影响 实验原理 PID的原理 单闭环PID的控制系统的作用框图如下： PID控制规律是一种较理想的控制规律，它在比例的基础上引入积分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳定性。它适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求较高的场合，如温度控制、成分控制等。 图1 P、PI、PID控制阶跃响应 实验内容 1 启动matlab里面 的simulink命令，新建一个model文件 根据给定的被控对象的传函，构建单位负反馈PID闭环控制系统 图2 设计 1 0Kd=0 时的PID控制器的模拟系统 3设定 1 0Kd=0 观察记录其单位阶跃响应曲线 图3 1 0Kd=0 时的单位阶跃响应曲线 4 加入比例控制环节，令Kp=2、4、12.5、15 观察记录其反应曲线并记录下表 图4 设计 2 0Kd=0 时的PID控制器的模拟系统 图5 2 0Kd=0 时的单位阶跃响应曲线 图6 4 0Kd=0 时的单位阶跃响应曲线 图7 12.5 0Kd=0 时的单位阶跃响应曲线 图8 15 0Kd=0 时的单位阶跃响应曲线 比例系数 2 4 12.5 15 超调量 20% 39% 上升时间 18.2 9.5 稳态误差 0.34 0.23 5 加入积分控制环节 固定4 Kd=0，完成下表并记录其单位阶跃响应 积分系数 0.1 0.2 0.3 0.4 超调量 26% 37.6% 50.8% 61.5% 调节时间（稳态误差2%时） 91 105 150 160 稳态误差 0.021 0.01 0.009 0.007 图94 0.1 Kd=0 时的单位阶跃响应曲线 图11 4 0.3 Kd=0 时的单位阶跃响应曲线 图124 0.4 Kd=0 时的单位阶跃响应曲线 6、加入微分控制环节 固定3 Ki=0.2，完成下表并记录其单位阶跃响应 微分系数 2 5 10 50 超调量 24.8% 19% 14.5% 20.6% 调节时间（稳态误差2%时） 64 531 60 180 图134 0.2Kd=2时的单位阶跃响应曲线 图144 0.2Kd=5时的单位阶跃响应曲线 图154 0.2Kd=10时的单位阶跃响应曲线 图164 0.2Kd=50 时的单位阶跃响应曲线 7 调整适合的PID，得到一条各方面均优于上述步骤的单位响应曲线 图17 经过分析各个环节在控制中的作用，反复调节寻找到一个比较优的PID控制环节 5 0.12Kd=8 时的单位阶跃响应曲线 图18 5 0.12Kd=8 时的单位阶跃响应曲线 控制器 控制对象 输入 + 输出 ——