东南大学计算机控制技术实验报告二
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9.9 积分
东南大学自动化学院实验报告课程名称： 计算机控制技术 第二次实验实验名称： 数字PID调节器算法的研究 院(系)： 自动化 专 业： 自动化 姓 名： 学 号： 同组人员： 实验时间： 3月24日评定成绩： 审阅教师： 一?实验目的 3二. 实验设备 3三. 实验原理 3四. 实验步骤及结果 5五. 实验报告要求 5六. 分析讨论 8 一、实验目的1、 通过编程熟悉VC++的Win32 Console Application的编程环境;2、 通过编程熟悉PCT-1711数据采集卡的数据输入输出；3、 掌握PID控制器的编程方法；4、 了解闭坏控制系统的概念与控制方法；5、 熟悉定时器及显示界面的使用方法；二、 实验设备1. THBDC-1型控制理论?计算机控制技术实验平台2. PCI-1711数据釆集卡一块3. PC 机 1 台(安装软件 “VC++” 及 “THJK_Scrvcr”)三、 实验原理1. 被控対象的模拟与计算机闭环控制系统的构成R(t)Y(t)图2.1计算机控制系统原理框图图屮信号的离散化通过PCI-1711数据采集卡的采样开关来实现。2. 常规PID控制算法常规PID控制位置式算法为弘伙)=©{&£)+£工炎)+¥[€伙)一亦一1)]}，当计算机等外部环境发生变化时，U(k) h z=i T会产生大幅度的变化，这对很多执行对象来说，这种冲击是不能接受的。所以，工程上常用增量式控制算法。其增量形式为：认 k)=乙伙—1)+£J&Q —1) J+K&Q+&/ [&Q—2^(£—1)+&£—2)]式中Kp…比例系数Kf Kp -积分系数，T采样周期K尸K”互微分系数p t本实验就是采用的PID增量式算法。根据被控对象和环境等不同，还可以采用积分分离PID算法，智能PID算法，微分先行等多种形式的PID控制算法。图中信号的离散化是由数据采集卡的采样开关來实现。3. 数字PID控制器的参数整定在模拟控制系统川，参数整定的方法较多，常用的实验整定法有：临界比例度法、阶跃 响应曲线法、试凑法等。我们控制器参数的整定也可采用类似的方法，如扩充的临界比例度 法、扩充的阶跃响应曲线法、试凑法等。针对本实验的二阶线性系统对象，建议用衰减曲线法：《自动控制原理》FT1玉平二版316 页。4. 程序流程图：N四、实验步骤1、 仔细阅读“PCTT711数据采集卡驱动函数说明.doc”和“TIIJK-Server软件使用说明.doc”文档，掌握PCI-1711数据采集卡的数据输入输出方法和THJK-Server软件(及相关函数) 的使用方法。2、 模拟电路接线图如下所示：\ —O AD2GND图2.2二阶被控对象与计算机连接图图中 Rl=510K, R2=510K, R3=100K, R4=200K, Cl = luF, C2=10uFoDA1,AD1,AD2,是PCI-1711实验面板的接口3、 用导线将二阶模拟系统的输入端连接到PCI-1711数据采集卡的“DA1”输出端，系统的 输出端与数据采集卡的“AD1”输入端相连；4、 用导线将+5V直流电源输出端连接到PCI-1711数据采集卡的“AD2”输入端，作为阶跃 触发使用，阶跃幅度由软件设定。初始时，+5V电源开关处于“关”状态；5、 打开数字PID实验文件夹下.dsw工程文件，源程序屮缺少PID算法程序。请同学用增 量式算法编写PID控制程序。6、 源程序编译通过后，先启动“THJK_Servcr”图形显示软件，再执行程序代码，在显示 界面出现的曲线并稳定后(初始化后)，把+5V电源打到“开”状态，观测系统的阶跃响 应曲线。在实验结束后，在键盘上按下“e”和"Enter (冋车键)”键，程序退出。7、 用衰减曲线法反复调试PID参数，选择适当的PID参数后，重复第5步骤，直到得到满 意的阶跃响应曲线为止并截图。五、实验报告要求2t1.绘出二阶被控对象单位反馈(无PID调节)时的阶跃响应曲线。图1无PID调节时的阶跃响应曲线此时设定P = l, 1 = 0, D = 0,传递函数为：可以看到无PID调 0.51S+1 2S+1节吋，阶跃响应的响应时I'可较长，且有较大的稳态误差2. 编写PID数字控制器的C++程序(增量式算法)。//PID 算法函数：pid[0] = P; pid[l] = I; pid[2] = D double PID(double ei, double * pid, double Ts) {static double ex = 0, ey = 0;static double qO = 0;static double ql = 0;static double q2 = 0; static double op = 0;q0 = pid[O] * (ei 一 ex); //比例项if (pid[l] == 0)ql = 0;elseql = pid[0] * Ts * ei/pid[l]; 〃当前积分项q2 = pid[O] * pid[2] * (ei — 2 * ex 4- ey)/Ts; //微分项ey = ex;ex = ei;op = op + qO + ql + q2; return op;}3. 绘出二阶被控对象在采用数字控制器后参数较好的响应曲线。(1)利用“衰减曲线法”，先采用比例控制，使K从0逐渐增加K46789衰减振荡比8.506.754.254.002.62 直到系统出现如图所示4： 1的哀减振荡:记录此时的K「= 8,并测出此时的振荡周期Pr = 1.502。(2)将其代入公式:Kp = 1.25Kr = 10, Ti = 0.3Pr = 0.4506, Td = 0.1Pr = 0.15,得到的P1D控制的阶跃响应曲线:4.分析釆样周期Ts的减小或增大对系统阶跃响应的影响。(1) Ts = 50ms时,系统阶跃响应如下(2) Ts = 100ms时,系统阶跃响应如下ftattwI-UW1OV 二(3) Ts = 200ms时，系统阶跃响应如下■If 逢 ItI-MW10VW： 16.8150AY：丽$6分析：采样周期的大小会影响系统响应，与Ts = 100ms相比，适当减小或增大采样周期,调节时间会增人，但是系统有稳是输出。采样周期过大，不满足香农定理，会使系统动态响 应特性变差，甚至会使系统震荡或不稳定。六、分析讨论1、简述PID控制的基本原理。2、论述积分参数禺和微分参数Kd的作用。 关键词： 东南大学 计算机控制 技术 实验 报告
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