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如何利用MATLAB辅助调节PID参数？

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 控制系统的基本性能要求及常用性能指标是什么？如何利用matlab辅助调节PID参数？ 0
2021-11-19 06:45:04　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × heks 该类别下有 50 个回答。邀请回答 hgimtk 该类别下有 44 个回答。邀请回答新星之火12138 该类别下有 42 个回答。邀请回答 wang21cj 该类别下有 41 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 40 个回答。邀请回答 hjfjsdgfjdsf 该类别下有 37 个回答。邀请回答 fdjslkjd 该类别下有 35 个回答。邀请回答 uvysdfydad 该类别下有 35 个回答。邀请回答 werywer 该类别下有 35 个回答。邀请回答 h1654155957.9520 该类别下有 35 个回答。邀请回答 jenny042 该类别下有 34 个回答。邀请回答 dfzvzs 该类别下有 34 个回答。邀请回答维生素B2 该类别下有 34 个回答。邀请回答凤毛麟角该类别下有 34 个回答。邀请回答 meihuacg 该类别下有 33 个回答。邀请回答 hfgdzc 该类别下有 33 个回答。邀请回答 ggfvxv 该类别下有 33 个回答。邀请回答刘洋该类别下有 33 个回答。邀请回答江左盟该类别下有 32 个回答。邀请回答爱与友人该类别下有 32 个回答。邀请回答举报维生素B2 相关推荐 • Matlab是如何用系统辨识并进行PID参数调节呢 1318 • 请问matlab里的pid参数怎么调节？ 1509 • 怎么调节PID参数使系统更稳定？ 325 • 关于倒立摆的pid参数调节问题 5995 • 请问MDK与Matlab结合怎么调PID 1667 • PID各自对差值调节对系统的影响是什么？怎么解决？ 1488 • PID各自对差值调节对系统的影响是什么？ 1203 • Matlab2010b中simulink的PID参数整定模块是哪个？ 7648 • 请问如何调节增量式pid？ 372 • 数控机床的运动控制怎么快速调出最优PID参数？ 4926 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 本文框架：（1）介绍控制系统的基本性能要求及常用性能指标；（2）简介RT1064与无线串口透传模块；（3）MATLAB数据处理过程详解；（4）效果展示与分析；（5）操作指南（手把手教你使用）。一、控制系统相关知识（1）控制系统的基本性能要求：稳、准、快稳：指的是系统的稳定性。稳定性是系统重新恢复平衡状态的能力。不稳定的系统将出现持续的震荡，无法运用于自动控制系统中。准：对系统稳态（静态）性能的要求。对于一个稳定的系统而言，当过渡过程结束后，系统输出量的实际值与期望值之差称为静态误差，它是衡量系统控制精度的重要指标。稳态误差越小，表示系统的准确性越好，控制精度越高。快：对系统动态（过渡过程）性能的要求。描述系统动态性能可以用平稳性和快速性加以衡量。平稳是指系统由初始状态过渡到新的平衡状态时，具有较小的过调和振荡性；快速性是指系统过渡到新的平衡状态所需要的调节时间最短。动态性能是衡量系统质量高低的重要指标。（2）系统的动态性能指标：延迟时间td :阶跃响应第一次达到终值h（∞）的50%所需时间。上升时间tr :阶跃响应从终值的10%上升到终值的90%所需时间；对有振荡的系统，也可以定义为从0到第一次达到终值所需要的时间。峰值时间tp：阶跃响应越过终值h（∞）达到第一个峰值所需时间。调节时间ts :阶跃响应到达并保持在终值h（∞）±5%（或2%）误差带内所需要的最短时间。超调量σ%:峰值超出终值h（∞）的百分比，即在上述动态性能指标中，我们常用调节时间ts （反映过渡过程的长短）、超调量σ%（反映过渡过程的波动程度）和峰值时间tp来作为系统的动态性能指标。二、硬件模块简介（1）RT1064核心板 RT1064为NXP公司推出的RT1064，属于RT1060系列，Cortex M7内核，拥有600Mhz运行主频4MB Flash，1MB SRAM，32KB I-Cache,32KB D-Cache,是现阶段运算性能最为强劲的一款微控制器。详细威廉希尔官方网站指标可到NXP官网查看。这里我使用的是逐飞科技有限公司推出的RT1064最小系统版。（2）无线串口透传模块这里我使用的是逐飞科技推出的无线转USB（接上位机）/无线转串口（接下位机）模块，相比于平常使用的蓝牙模块，无需了解其他知识，就能快速入手，且该模块传输距离更远、传输速度更快！个人感觉：真香！有两点需要注意一下：①在接线时，上位机的RX引脚要接下位机的TX引脚，同样上位机的TX引脚要接下位机的RX引脚。②我们传输的数据类型一般为int型、double型等等，而串口一次只能发送8位的数据，且发送的数据格式为uint8。这就需要涉及到数据转换。以int32型为例，因为int型数据有正负，需要先进行符号位的判断，先向上位机发送符号位（2字节）；int32有32位数据，须将它分解为4个字节，依次发送给上位机。因此，一个int32型的数据通过数据转换为6个字节数据进行传输。其他数据类型的传输同理可得。若不知道某数据类型的字节数，可用sizeof( )函数进行获取。以下为数据转换代码，基于RT1064+逐飞的无线转串口模块，仅供参考。 void data_int32_transform(int32 data)//数据转换{ i_bit=sizeof(data); //获取数据字节数 if(data>=0) //判断数据正负，若为正值，标志位为0 { val=0; seekfree_wireless_send_buff(&val,1);//发送符号标志位 //data=abs(data); for(i_bit;i_bit>=0;--i_bit) //移位处理，先发送高位 { data_temp=(uint8)(data>>(8i_bit)); seekfree_wireless_send_buff(&data_temp,1);//发送数据 } } else //若为负值，标志位为1 { val=1; seekfree_wireless_send_buff(&val,1);//符号标志位 data=abs(data); for(i_bit;i_bit>=0;--i_bit) { data_temp=(uint8)(data>>(8i_bit)); seekfree_wireless_send_buff(&data_temp,1); } }} 三、MATLAB数据处理：如下图所示，我在做速度、电流双闭环时同时向上位机发送了两种数据内容：电流值与速度值，且轮流发送；数据值即为单片机经过上述数据转换后发送给上位机的内容；每个数据内容为6个字节，其中分为2个字节的符号位和4个字节的数据位。诚然，在MATLAB里需要将数据值再一次进行数据转换才能处理。我的转换思路为：（1）将数据值的每2个字节进行合并，即第一个字节左移8位并和第二个字节进行或运算；（2）经上述处理后，每个数据内容变为一个符号位和两个数据位；此时再将两个数据位合并，根据符号位判断数据的正负，到此数据转换结束，我们就能得到单片机原始要发送的数据（3）因为我同时发送了两种内容的数据，最后我还需要将数据进行分类处理。以下为MATLAB数据处理代码： duty=30;s_P=2.58;s_I=0.82;c_P=0;c_I=0;goal_speed=(duty2); goal_current=(310+duty); %以上为我所需要的一些常量a=textread('E:毕业设计无线转串口串口助手串口助手sscom32SaveWindows2021_3_28_19-28-50.txt','%s')';%以字符形式打开文件，文件地址具体查看你的数据文档所在地址alpha=hex2dec(a)'; %16进制转化为10进制数，存入alpha矩阵，方便后面的数据处理 row=size(alpha,2); %判断我的数据总数，若只有一个数据内容：00 01 00 00 0C 5A 则 row=6，存入1X6大小的矩阵%以下为变量初始化temp=zeros(1,row/2);%将数据值的每2个字节合并后暂存区矩阵data=zeros(1,row/6);%数据内容暂存区矩阵current_data=zeros(1,row/12); %存放电流数据的矩阵speed_data=zeros(1,row/12); %存放速度数据的矩阵speed_lower_err_line=zeros(1,row/12);%速度动态响应曲线的下误差线speed_upper_err_line=zeros(1,row/12);%速度动态响应曲线的上误差线current_lower_err_line=zeros(1,row/12);%电流动态响应曲线的下误差线current_upper_err_line=zeros(1,row/12);%电流动态响应曲线的上误差线for i=1:row/2 temp(1,i)=bitor(bitshift(alpha(1,2i-1),8),alpha(1,2i));%每2个字节数据进行合并处理，经过这步处理后，每个数据内容由原本占用1X6的矩阵变为1X3的矩阵，其中第一个表示符号位，第二、三个表示数据数据位。endfor j=1:row/6 data(1,j)=bitor(bitshift(temp(1,3j-1),8),temp(1,3j));%将数据位合并 if(temp(1,(3j-2))==256)%判断符号位正负，移位后原本的负号标志1变为256 data(1,j)=-data(1,j); endendfor jj=1:row/12 %将电流数据和速度数据经行分类处理，并确定各自的误差带 current_data(1,jj)=data(1,(2jj-1)); speed_data(1,jj)=data(1,(2jj)); speed_lower_err_line(1,jj)=(goal_speed+goal_speed0.05); speed_upper_err_line(1,jj)=(goal_speed-goal_speed0.05); current_lower_err_line(1,jj)=(goal_current+goal_current0.05); current_upper_err_line(1,jj)=(goal_current-goal_current0.05);end figure(1);%画出电流动态响应曲线hold on plot(1:5:(row/12)5,current_data(1,1:row/12)); plot(1:5:(row/12)5,current_lower_err_line(1,1:row/12),'r--');%上误差线 plot(1:5:(row/12)5,current_upper_err_line(1,1:row/12),'r--');%下误差线hold off current_ave=mean(current_data(:));%求电流平均值 %legend('name'); title({['左轮开环空载电流时间图像（占空比：',num2str(duty),'%）'],['电流平均值：',num2str(current_ave),'mA/5ms']}); xlabel('Time（ms）'); ylabel('Current（mA）'); figure(2)%画出速度动态响应曲线hold on plot(1:5:(row/12)5,speed_data(1,1:row/12)); plot(1:5:(row/12)5,speed_upper_err_line(1,1:row/12),'r--');%上误差线 plot(1:5:(row/12)5,speed_lower_err_line(1,1:row/12),'r--');%下误差线hold offspeed_ave=mean(speed_data(:));%求转速平均值%legend('name');title({['左轮空载脉冲时间图像（占空比:',num2str(duty),'% P:',num2str(s_P),' I:',num2str(s_I),'）'],['转速平均值：',num2str(speed_ave),'脉冲/5ms']});xlabel('Time（ms）');ylabel('Speed（脉冲）');saveas(gcf,'E:毕业设计Matlab波形空载Speed左轮test1.jpg');%保存图像四、效果展示与分析：话不多说，直接上图展示：（1）空载下采用开环控制（2）空载下采用电流单闭环控制（3）空载下采用速度单闭环控制（4）空载下采用速度、电流双闭环控制本期就只给出空载下的效果图哈，下期给出负载下的效果图和个人调节双闭环的心得！想要学习的小伙伴记得关注我哈~ 从图像上来分析，在空载时若采用电流、速度闭环控制方式，其电流值出现超调量后快速趋于一个恒定值而波动，其调节时间最短；其速度值出现超调量后快速趋于期望值，调节时间最短，且调节过程较为平稳，没有太大的波动。相比于传统的目测法、经验法调节PID参数，采用辅助工具进行调参显然更具科学性！此外根据响应情况，我们可以快速的判断出该调节哪个参数、调大或者调小。五、操作指南： 1、硬件连接、无线模块的配置、单片机程序设计依照自己的情况而定。 2、上位机处理我所使用的串口助手是sscom5.13.1，具体使用步骤如下： 3、导入数据到MATLAB 将数据文本的地址拷贝到MATLAB中，点击运行，进行数据处理。 4、图像分析根据MATLAB生成的系统动态响应图像，借助第一节所提到的相关性能指标，进行参数调节。总结整篇文章涉及的内容庞杂，爱学习的小伙伴细品细品，相信你会学习到很多知识！鉴于我也是刚入门的C鸟，所以还请多多指教！有不懂的地方欢迎留言…

2021-11-19 10:52:50 评论举报于敏