直流电机PID闭环数字控制器的设计.doc

完美WORD格式整理 专业资料分享 广西大学实验报告纸 姓名： 指导老师： 成绩: 学院： 专业： 班级 实验内容：直流电机PID闭环数字控制器设计 2014年 其他组员： 实验时间：2014年10月28号 实验方式：课外在MATLAB平台上完成实验。 实验目的： 1、掌握线性系统状态空间标准型、解及其模型转换。 实验设备与软件： MATLAB数值分析软件 实验原理： 1、求矩阵特征值 [V J]=eig(A), cv= eig(A) 2、求运动的方法 （1）利用Laplace/Z逆变换----适合于连续/离散线性系统； （2）用连续(离散)状态转移矩阵表示系统解析解----适合于线性定常系统； （3）状态方程的数值积分方法----适合于连续的线性和非线性系统； （4）利用Cotrol ToolBox中的离散化求解函数----适合于LTI系统； （5）利用Simulink环境求取响应----适于所有系统求取响应。 1、PID调节原理 比例调节作用：按比例反应系统的偏差产生调节作用。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统不稳定。 积分调节作用：消除稳态误差。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强；反之，Ti大则积分作用弱 微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，产生超前的控制作用。在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除，改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用不能单独使用。 按偏差的PID是过程控制中应用最广泛的一种控制规则，该调解器是一种线性调节器，。PID的控制原理表达式为： 图1 PID控制原理图 2、PID算法的数字实现 （1）标准PID算法： 在输出不振荡时，增大比例增益，减小积分时间常数，增大微分时间常数。因本实验采用的是一种离散时间的离散控制系统，因此为了用计算机实现PID控制必须将其离散化，故可用数字形式的差分方程来代替 （1） 式中积分系数微分系数，其中--采样周期；--第n次采样时计算机输出；--第n次采样时的偏差值；--第n-1次采样时的偏差值. 可将上式转化成增量的形式： （2） （2）积分分离PID控制算法 与上述标准算法比，该算法引进积分分离法，既保持了积分的作用，又减小了超调量，使控制性能得到较大的改善。令积分分离法中的积分分离阈值为，则 （3） （3）不完全微分PID算法 微分作用容易引起高频干扰，因此通常在典型PID后串接一个低通滤波器来抑制高频干扰，微分作用能在各个周期按照偏差变化趋势均匀的输出，真正起到微分的作用，改善系统性能。这样得到的PID算法成为不完全微分PID算法，表达式为： （4） 式中 3、直流电机闭环调速系统原理 图2 直流电机闭环调速系统原理 （4）被模拟对象模型描述 该闭环调速实验中，直流电机对象可通过实验测得其空载时的标称传递函数如下： （5） 实验过程与分析 依据电机模型公式（5），在simulink中搭建直流电机闭环调速的仿真模型，分析PID对对象的影响，并选择一组较好的PID参数为在实验操作提供可行依据，搭建的模型如下： 其中PID模块的封装为： （1）实验程序 标准PID程序： int p