PID控制特性实验研究报告

《PID控制特性实验研究报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PID控制特性实验研究报告（19页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、-2021-2021 学年第 1 学期 院 别: 控制工程学院 课程名称: 自动控制原理A 实验名称: pid控制特性的实验研究 实验教室: 6111 指导教师: 瞿福存 小组成员，*: 实验日期： 2021 年 12 月 5 日 评 分：一、实验目的 1、学习并掌握利用MATLAB编程平台进展控制系统复数域和频率域仿真的方法。 2、通过仿真实验研究并总结pid控制规律及参数对系统特性影响的规律。 3、实验研究并总结pid控制规律及参数对系统根轨迹、频率特性影响的规律，并总结系统特定性能指标下根据根轨迹图、频率响应图选择pid控制规律和参数的规则。二、实验任务及要求一实验任务设计如下图系统，进

2、展实验及仿真程序，研究在控制器分别采用比例p、比例积分pi、比例微分pd及比例积分微分pid控制规律和控制器参数Kp、Ki、Kd不同取值时，控制系统根轨迹和阶跃响应的变化，总结pid控制规律及参数变化对系统性能、系统根轨迹、系统阶跃响应影响的规律。具体实验容如下：1、比例p控制，设计参数Kp使得系统处于过阻尼、临界阻尼、欠阻尼三种状态，并在根轨迹图上选择三种阻尼情况的Kp值，同时绘制对应的阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp的变化情况。总结比例p控制的规律。2、比例积分pi控制，设计参数Kp、Ki使得由控制器引入的开环零点分别处于：1被控对象两个极点的左侧；2被控对象两个极点之间

3、；3被控对象两个极点的右侧不进入右半平面。分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定主导极点及控制器的相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp和Ki的变化情况。总结比例积分pi控制的规律。3、比例微分pd控制，设计参数Kp、Kd使得由控制器引入的开环零点分别处于：1被控对象两个极点的左侧；2被控对象两个极点之间；3被控对象两个极点的右侧不进入右半平面。分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定控制器的相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp和Kd的变化情况。总结比例积分pd控制的规律。4、比例积分微分pid控制

4、，设计参数Kp、Ki、Kd使得由控制器引入的两个开环零点分别处于：1实轴上：固定一个开环零点在被控对象两个开环极点的左侧，使另一个开环零点在被控对象的两个极点的左侧、之间、右侧不进入右半平面移动。分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定主导极点及控制器的相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp、Ki和Kd的变化情况。2复平面上：分别固定两个共轭开环零点的实部或虚部，让虚部或实部处于三个不同位置，绘制根轨迹图并观察其变化；在根轨迹图上选择主导极点，确定相应的控制器参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定六种情况下系统性能指标随参数Kp、Ki和Kd的变

5、化情况。综合以上两类结果，总结比例积分微分pid控制的规律。二实验要求1、合理选择p、pi、pd、pid控制器参数，使开环系统极零点分布满足实验容中的要求。通过绘图展示不同控制规律和参数变化对系统性能的影响。根轨迹图可以单独绘制，按照不同控制规律、不同参数将阶跃响应绘制于同一幅面中。2、通过根轨迹图确定主导极点及参数值，根据阶跃响应曲线确定系统性能指标并列表进展比拟，总结控制器控制规律及参数变化对系统特性、系统根轨迹影响的规律。3、总结在一定控制系统性能指标要求下，根据系统根轨迹图和阶跃响应选择pid控制规律和参数的规则。4、全部采用MATLAB平台编程完成。三、实验方案设计含实验参数选择、控

6、制器选择、仿真程序等1、比例p控制，设计参数Kp使得系统处于过阻尼、临界阻尼、欠阻尼三种状态，并在根轨迹图上选择三种阻尼情况的Kp值，同时绘制对应的阶跃响应曲线。仿真程序：p=1;q=1 10 16;rlocus(p,q);rlocfind(p,q)rlocfind(p,q)rlocfind(p,q)gte*t('过阻尼');gte*t ('临界阻尼'); gte*t('欠阻尼'); 得到系统根轨迹图，在根轨迹图上选择点，即得到三个开环增益值Kp=2过阻尼，Kp=7.0457临界阻尼，Kp=22.5434欠阻尼。绘制三种状态的阶跃响应曲线仿真程序

7、：kp=1.3 4 4.4;t=0:0.1:6; holdonfori=1:length(kp) sys=tf(kp(i),1 8 12+kp(i); subplot(2,2,i);step(sys,t)end holdoff gridon gte*t('Kp=2过阻尼');gte*t('Kp=7临界阻尼');gte*t('Kp=22.5欠阻尼');holdon2、比例积分pi控制：1被控对象两个极点的左侧；则必须满足Ki>6Kp,令Ki=10Kp。仿真程序：p=1 14;q=1 1016 0;rlocus(p,q);rlocfind(p,

8、q) rlocfind(p,q) rlocfind(p,q)gte*t('过阻尼');gte*t ('临界阻尼'); gte*t('欠阻尼');得到系统根轨迹图，在根轨迹图上选择点，即得到三个开环增益值Kp=0.24444过阻尼，Kp=0.8051临界阻尼，Kp=31.9849欠阻尼。绘制相应的阶跃响应曲线仿真程序：kp=0.3 0.6 15.7;t=0:0.1:20; holdonfori=1:length(kp) sys=tf(kp(i) 10*kp(i),1 8 12+kp(i) 10*kp(i); subplot(2,2,i);step(

9、sys,t)end holdoff gridon gte*t('Kp=0.2过阻尼');gte*t('Kp=0.8临界阻尼');gte*t('Kp=31.9欠阻尼');holdon2被控对象两个极点之间；则必须满足6Kp>Ki>2Kp,令Ki=4Kp.仿真程序:p=1 14;q=1 1016 0;rlocus(p,q);rlocfind(p,q) rlocfind(p,q) rlocfind(p,q)gte*t('过阻尼');gte*t ('临界阻尼'); gte*t('欠阻尼');得到

10、系统根轨迹图，在根轨迹图上选择点，即得到三个开环增益值Kp=2.1186过阻尼，Kp=2.3626临界阻尼，Kp=70.7843欠阻尼。绘制相应的阶跃响应曲线仿真程序：kp=1.3 1.7 85.0;t=0:0.1:10; holdonfori=1:length(kp) sys=tf(kp(i) 4*kp(i),1 8 12+kp(i) 4*kp(i); subplot(2,2,i);step(sys,t)end holdoff gridon gte*t('Kp=2.1过阻尼');gte*t('Kp=2.4临界阻尼');gte*t('Kp=70.8欠阻尼

11、');holdon3被控对象两个极点的右侧不进入右半平面；则必须满足2Kp>Ki>0，令Ki=Kp。仿真程序：p=1 1;q=1 1016 0;rlocus(p,q);rlocfind(p,q) rlocfind(p,q) rlocfind(p,q)gte*t('过阻尼');gte*t ('临界阻尼'); gte*t('欠阻尼');得到系统根轨迹图，在根轨迹图上选择点，即得到三个开环增益值Kp=4.5338过阻尼，Kp=10.8873临界阻尼，Kp=60.1969欠阻尼。绘制相应的阶跃响应曲线仿真程序：kp=3.3 5.4 4