自动控制原理实验指导书（安徽理工大学） - 图文

2、惠普电脑一台

三、实验内容

PID控制设计与实现，使用基本的控制规律比例、微分、积分或这些控制规律的组合来设计一个稳定的系统，通过实验来验证每个控制规律对系统性能的影响以及如何有效地调节各个参数以获得理想的控制效果。

由建模分析我们得到球杆系统的开环传递函数为:

x(s)c?2 ?(s)s1、P控制器设计 控制系统如下图所示：

设PID控制器为： Gc(s)?Kp 可以得到单位负反馈系统的闭环传递函数为:

cKpx(s) ?2?(s)s?cKp可以看出这是一个二阶系统(忽略各种阻力)。 2、PD控制器设计 控制

：

设PD控制器为: Gc(s)?1?Kds 可以得到单位负反馈系统的闭环传递函数为:

c(1?Kds)x(s)?2 ?(s)s?Kds?c3、PID控制器设计 控制系统如下图所示：

设PID控制器为： Gc(s)?Kp(1?Kds?Ki) s

可以得到单位负反馈系统的闭环传递函数为:

cKp(Kds2?s?Ti)x(s) ?32?(s)s?cKp(Kds?s?Ti)

四、实验步骤

1、 P控制器实验：

1）在Matlab下进行阶跃响应分析可以得到P控制器的仿真结果；

c=1；Kp=1

num=[0 0 1] //分子表达式： 0*s?0*s?1 den=[1 0 1] //分子表达式：1*s?0*s?1 step(num,den) //阶跃响应

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图6-1 P控制下阶跃响应

从仿真结果可以看出,惯性系统在P控制下是一个等幅振荡输出,系统不能稳定。 2）球杆定位控制实验模块基于EasyMotion Studio环境的P控制实验； （1）让小球稳定在一个位置，如50；

（2）设置Kp=常数，Kd=0，Ki=0（可拖动相应滑块到最低位置即为0）； （3）设置小球目标位置，如250（拖动滑块左右移动到需要位置）； （4）移开鼠标点击其他参数框，即刷新参数，系统开始运动； （5）改变Kp的值,观察响应变化。

图6-2 EasyMtion Studio 软件界面

图6-3 P控制下系统实际响应

小球位置曲线的变化反应出小球在目标位置的两则来回运动，即系统响应呈现震荡。

2） 球杆定位控制实验模块基于LabVIEW环境的P控制实验；

图6-4 LabVIEW环境下系统主界面

设置PID参数，Kp设为大于零的常数，Ki=0，Kd=0，实时控制情况如图3-5所示，由小球位置曲线图可以看出系统出现震荡；

图6-5系统运行时球轨迹曲线图

从以上仿真和实时控制情况可以看出，系统实际响应与Matlab仿真结果很相似，但是由于参数不一样，实际系统忽略掉的很多次要因数又在影响着系统，所以有时候振幅会收敛(阻力)，有时候发散(比例系数过大,并有迟延环节作用)。 2、 PD控制器实验：

1） 在Matlab下进行阶跃响应分析可以得到PD控制器的仿真结果； c=1；Kp=1；Kd=1；

num=[0 1 1] //分子表达式： 0*s?1*s?1 den=[1 1 1] //分母表达式： 1*s?1*s?1

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