PID调节器参数整定分析

《计算机控制技术》实验指导书

（软件部分）

编写：唐红雨 黄海峰

镇江高等专科学校电子信息系

2007年3月

计算机控制技术实验

目 录

实验一 PID调节器参数整定分析............................. 2 实验二 采样控制系统分析 .................................. 4 实验三 程序判断滤波 ...................................... 5 实验四实验五中值滤波 .......................................... 6 平均值滤波 ........................................ 8

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计算机控制技术实验

实验一 PID调节器参数整定分析

一、实验目的

设计MATLAB的M文件，用来实现PID调节器的功能，分析Kp、Kd、Ki三个参数对系统性能的影响。

二、实验步骤

开机执行程序，用鼠标双击图标进入MATLAB命令窗口：Command Windows 新建M-file，然后，输入设计好的程序。 调试，检查错误，然后运行。

观察系统对不同参数的相应曲线，分析其原因。

三、实验要求

1、实验之前，查阅有关资料，编写好相应的程序。 2、认真做好仿真记录

四、实验报告要求

叙述Kp、Kd、Ki三个参数对系统性能的影响。 附程序：

1 % 比例控制

G=tf(10，[1 6 11 6])；P=[0.1：0.1：1]；%传递函数，Kp变化范围 for i=1：length(P)

G_c=feedback(P(i)*G，1)； %系统反馈 step(G_c)，hold on %单位阶跃输入 end

2 % 比例积分控制

G=tf(10，[1 6 11 6]) %系统传递函数

Kp=1；Ti=[0.8：0.2：1.6]； %Kp一定，不同Ti的输入 for i=1：length(Ti)

Gc=tf(Kp*[1，1/Ti(i)]，[1，0])； %分别计算不同Ti的系统参数 G_c=feedback(G*Gc，1)；

step(G_c)，hold on %阶跃响应曲线

3 % 比例、积分、微分控制

G=tf(10，[1 6 11 6]) %系统传递函数

Kp=1；Ti=0．6；Td=[0.1：0.2：2]； %Kp、Ti一定，不同Td的输入 for i=1：length(Td)

Gc=tf(Kp*[Ti*Td(i)，Ti，1]/Ti，[1，0])； %分别计算不同Td的系统参数 G_c=feedback(G*Gc，1)；step(G_c)，hold on %阶跃响应曲线 end

4 %P、PI、PID三种控制策略

G=tf(10，[1 10 35 50 24])； %系统传递函数

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计算机控制技术实验

[Kc，pp，wg，wp]=margin(G)；Tc=2*pi/wg； %计算系统开环增益和剪切频率 [Gc1，Kp1]=ziegler(1，[Kc，Tc，10])；Gc1 %调用自定义ziegler函数，P控制 [Gc2，Kp2，Ti2]=ziegler(2，[Kc，Tc，10])；Gc2 %PI控制 [Gc3，Kp3，Ti3，Td3]=ziegler(3，[Kc，Tc，10])；Gc3 %PID控制

G_c1=feedback(G*Gc1，1)；step(G_c1)；hold on % P控制，阶跃响应曲线 G_c2=feedback(G*Gc2，1)；step(G_c2)； %PI控制，阶跃响应曲线 G_c3=feedback(G*Gc3，1)；step(G_c3)；

其中ziegler( )函数如下：

function [Gc,Kp,Ti,Td,H]=ziegler(key,vars) Ti=[ ]; Td=[ ]; H=[ ]; if length(vars)==4,

K=vars(1); L=vars(2);

T=vars(3); N=vars(4); a=K*L/T; if key==1, Kp=1/a; %P控制器

elseif key==2, Kp=0.9/a; Ti=3.33*L; %PI控制器 elseif key==3 %PID控制器 Kp=1.2/a; Ti=2*L; Td=L/2; end

elseif length(vars)==3,

K=vars(1); Tc=vars(2); N=vars(3); if key==1, Kp=0.5*K;

elseif key==2, Kp=0.4*K; Ti=0.8*Tc; elseif key==3

Kp=0.6*K; Ti=0.5*Tc; Td=0.12*Tc; end

elseif length(vars)==5, K=vars(1); Tc=vars(2);

rb=vars(3); pb=pi*vars(4)/180; N=vars(5); Kp=K*rb*cos(pb); if key==2,

Ti=-Tc/(2*pi*tan(pb)); elseif key==3

Ti=Tc*(1+sin(pb))/(pi*cos(pb)); Td=Ti/4; end end

switch key

case 1, Gc=Kp;

case 2, Gc=tf(Kp*[Ti,1],[Ti,0]); case 3

nn=[Kp*Ti*Td*(N+1)/N, Kp*(Ti+Td/N), Kp]; dd=Ti*[Td/N,1,0]; Gc=tf(nn,dd); end

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