數(shù)字pid調(diào)節(jié)器算法的研究

1、數(shù)字數(shù)字PID調(diào)節(jié)器算法的研究調(diào)節(jié)器算法的研究一、實驗目的一、實驗目的1學習并熟悉常規(guī)的數(shù)字PID控制算法的原理。2學習并熟悉積分分離PID控制算法的原理。3掌握具有數(shù)字PID調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)的實驗和調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法。二、實驗設備二、實驗設備1THBDC1型控制理論計算機控制技術實驗臺。2THBXD數(shù)據(jù)采集卡一塊(含37芯通信線、16芯排線和USB電纜線各1根)。3PC機1臺(含上位機軟件“THBDC1”)。三、實驗內(nèi)容三、實驗內(nèi)容1

2、利用本實驗平臺，設計并構成一個用于混合仿真實驗的計算機閉環(huán)實時控制系統(tǒng)；2采用常規(guī)的PI和PID調(diào)節(jié)器，構成計算機閉環(huán)系統(tǒng)，并對調(diào)節(jié)器的參數(shù)進行整定，使之具有滿意的動態(tài)性能；3對系統(tǒng)采用積分分離PID控制，并整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。四、實驗原理四、實驗原理在工業(yè)過程控制中，應用最廣泛的控制器是PID控制器，它是按偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）組合而成的控制規(guī)律。而數(shù)字PID控制器則是由模擬PID控制規(guī)律直接變換所得。在PID控制規(guī)律

3、中，引入積分的目的是為了消除靜差，提高控制精度，但系統(tǒng)中引入了積分，往往使之產(chǎn)生過大的超調(diào)量，這對某些生產(chǎn)過程是不允許的。因此在工業(yè)生產(chǎn)中常用改進的PID算法，如積分分離PID算法，其思想是當被控量與設定值偏差較大時取消積分控制；當控制量接近給定值時才將積分作用投入，以消除靜差，提高控制精度。這樣，既保持了積分的作用，又減小了超調(diào)量。五、實驗步驟五、實驗步驟1啟動計算機，在桌面雙擊圖標THBDC1，運行實驗軟件。2點擊工具欄上的“通道設

4、置”，在彈出的對話框中選擇單通道采集、通道“1”，并點擊“開始采集”按鈕。3按圖41和圖42連接一個二階被控對象閉環(huán)控制系統(tǒng)的電路，該電路的輸出與數(shù)據(jù)采集卡的輸入端AD1相連，電路的輸入與數(shù)據(jù)采集卡的輸出端DA1相連。待檢查電路接線無誤后，啟動實驗臺的“電源開關”，并將鎖零按鈕處于“不鎖零”狀態(tài)。4點擊工具欄上的“腳本編輯器”，在彈出的窗口中點擊“打開”按鈕。在“數(shù)字PID調(diào)節(jié)器算法”文件夾下選中“位置式PID”腳本程序并打開，閱讀、理

5、解該程序。然后在“腳本編輯器”窗口上點擊“運行”按鈕，用示波器觀察圖42輸出端的響應曲線。5在“腳本編輯器”窗口上點擊“停止”按鈕，利用擴充響應曲線法（參考本實驗附錄4）整定PID控制器的P、I、D及系統(tǒng)采樣時間Ts等參數(shù)，然后再運行。在整定過程中注意觀察參數(shù)的變化對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。6在“腳本編輯器”窗口上點擊“打開”按鈕，在“數(shù)字PID調(diào)節(jié)器算法”文件夾下選中“增量式PID”腳本程序并打開，閱讀、理解該程序。然后在“腳本編輯器”窗

6、口Ki=積分系數(shù)，T采樣周期ipTTKKd＝微分系數(shù)TTKdp其增量形式為)]2()1(2)([)()]1()([)1()(???????????kekekeKkeKkekeKkukudip3積分分離PID控制算法系統(tǒng)中引入的積分分離算法時，積分分離PID算法要設置分離閾E0：當│e(kT)│≤│E0│時，采用PID控制，以保持系統(tǒng)的控制精度。當│e(kT)││E0│時，采用PD控制，可使δp減小。積分分離PID控制算法為：??????

7、?kjdiepkekeKjTeKKkeKku0)1()([)()()(式中Ke稱為邏輯系數(shù)：當│e(k)│≤│E0│時，Ke=1當│e(k)││E0│時，Ke=0對應的控制方框圖為圖43上位機控制的方框圖圖中信號的離散化是由數(shù)據(jù)采集卡的采樣開關來實現(xiàn)。4數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定在模擬控制系統(tǒng)中，參數(shù)整定的方法較多，常用的實驗整定法有：臨界比例度法、階躍響應曲線法、試湊法等。數(shù)字控制器參數(shù)的整定也可采用類似的方法，如擴充的臨界比例度法、

8、擴充的階躍響應曲線法、試湊法等。下面簡要介紹擴充階躍響應曲線法。擴充階躍響應曲線法只適合于含多個慣性環(huán)節(jié)的自平衡系統(tǒng)。用擴充階躍響應曲線法整定PID參數(shù)的步驟如下：①數(shù)字控制器不接入控制系統(tǒng)，讓系統(tǒng)處于開環(huán)工作狀態(tài)下，將被調(diào)量調(diào)節(jié)到給定值附近，并使之穩(wěn)定下來。②記錄被調(diào)量在階躍輸入下的整個變化過程，如右圖所示。③在曲線最大斜率處作切線，求得滯后時間τ和被控對象時間常數(shù)Tx，以及它們的比值Txτ，然后查下表確定控制器的KP、Ki、Kd及采