数字PID控制实验

数字PID控制实验

Ⅰ 标准PID 控制算法
一．实验要求
1. 了解和掌握连续控制系统的 PID 控制算法的interwetten与威廉的赔率体系 表达式（微分方程）。
2. 了解和掌握采用微分方程直接建立后向差分方程的方法。
3. 完成对各种 PID 控制系统的设计。
4. 观察和分析在标准 PID 控制系统中，P.I.D 参数对输出波形的影响。
5. 了解和掌握本实验机的 PID 控制算法中的特殊使用
二．实验原理及说明
在一个控制系统中，采用比例、积分和微分控制方式控制，称之谓 PID 控制。它对于
被控对象的传递函数G(S) 难以描述的情况，是一种.应用广泛，行之有效的控制方式。
数字PID 控制实验的原理方框图见图4-1 所示：

图4-1 数字PID 控制实验的原理方框图
三．实验内容及步骤
数字 PID 控制实验构成如图4-2 所示。
在实验中欲观测实验结果时，只要运行LABACT 程序，选择微机控制菜单下的数字
PID 控制实验项目，再选择开始实验，会弹出虚拟示波器的界面，点击开始后将自动加载相
应源文件，运行实验程序。
在程序运行中，随时可修改控制系数PID，然后点击发送，无须点击停止；只有在需观
察实验结果时，才需点击停止。

图4-2 数字PID 控制实验构成

实验步骤：注：将‘S ST’用‘短路套’短接!

（1）将函数发生器（B5）单元的输出（OUT）作为系统输入R。(连续的正输出宽度足够大
的阶跃信号)
a．将该单元的S1 置‘阶跃’档（最顶端），S2‘0.2-6S’档。
b.调节调幅电位器使OUT 输出电压 < 2.5V，调节调宽电位器使OUT 正输出宽度 >2
秒。
（2）安置短路套、联线，构造模拟电路：
（a）安置短路套 （b）测孔联线

（3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1 接到A6 单元输出端OUT（C），CH1
选‘X1’档。
（4）运行、观察、记录：
该实验的显示界面中采样周期T（1~99）x 5mS，“控制系数”栏的比例系数Kp
（0.00~2.00）、调节器的积分时间常数Ti （1~199mS）、调节器的微分时间常数Td（0~200mS）；
均可由用户在界面上直接修改，以期获得理想的实验结果。改变Kp 、Ti、Td 这些参数后，
只要再次点击“发送”键，即可使实验机按照新的控制参数运行。
注：该实验的显示界面 “控制系数”栏的积分时间常数i T ，不能随意改成200ms，这
将取消积分控制，变为PD 控制。
运行程序，用示波器观察输出C，如果现象不明显则可以调节A7 单元中的可变电阻和
函数发生器（B5）中的调宽调幅。
记录Kp、Ti、Td、MP、ts、参数，在表4-1 中填入给此次的各参数与结果。

Ⅱ 积分分离PID 控制算法
一．实验要求
1．了解和掌握PID 控制系统中的积分饱和现象的产生原因及消除的方法。
2．观察和分析采用积分分离法实现PID 控制后，控制性能改善的程度及原因。
3．观察和分析在积分分离PID 控制系统中，积分分离法的分离阀值Eo 对输出波形的影响
二、实验原理及说明
在控制过程中，当偏差较大或累加积分项太快时，就会出现积分饱和现象，使系统产生
超调，甚至引起振荡。引进积分分离法，既保持了积分的作用，又减小了超调量，使得控制
性能有了较大的改善。
积分分离法要设置积分分离阀值Eo，其数值范围为0~5.0V。
当E(k) > 0 E 时（偏差值E(k) 比较大时），采用PD 控制；当0 E(k) ≤ E 时（偏差值
E(k) 比较小时），采用PID控制。积分分离法PID算法可表示为：

二、实验内容及步骤
积分分离PID 控制算法系统构成如图4-2 所示。（与标准PID 控制实验构成相同）
在实验中欲观测实验结果时，只要运行LABACT 程序，选择微机控制菜单下的数字
PID 控制实验下的积分分离PID 控制选项，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器的界面，
点击开始后将自动加载相应源文件，运行实验程序。在程序运行中，随时可修改控制系数
PID，然后点击发送，无须点击停止；只有在需观察实验结果时，才需点击停止。
实验步骤：增加一项积分分离阀值Eo 的设置（Eo=0.25V），其余同标准PID 控制实验。
试着在小范围内改变积分分离阈值，并改变比例积分微分常数，记录实验结果。

思考题：积分分离的作用是什么？在采用积分分离控制算法以后，系统的动态品质和稳态
品质有哪些改善？