数字PID控制器的设计.doc
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华东交通大学理工学院
Institute of Technology.
East China Jiaotong University
计算机控制技术
题 目 数字PID控制器的设计
分 院： 电信分院
专 业： 电气工程及其自动化
班 级：
学 号：
学 生 姓 名：
指 导 教 师：
数字PID 控制器的设计
一、设计目的：
1. 理解晶闸管直流单闭环调速系统的数学模型和工作原理；
2. 掌握PID 控制器参数对控制系统性能的影响；
3. 能够运用MATLAB/Simulink 软件对控制系统进行正确建模并对模块进行正确的参数设置；
4. 掌握计算机控制仿真结果的分析方法。
二、设计工具：
MATLAB 软件。
三、设计内容：
已知晶闸管直流单闭环调速系统的转速控制器为PID 控制器，如图1所示。试运用MATLAB 软件对调速系统的P、I、D 控制作用进行分析。
四、设计步骤：
（一）模拟PID 控制作用分析：
运用MATLAB 软件对调速系统的P、I、D 控制作用进行分析。
（1）比例控制作用分析
为分析纯比例控制的作用，考察当Td = 0, Ti =∞ , Kp =1~5时对系统阶跃响应的影响。
MATLAB 程序如下：
G1=tf(1,[0.017 1]);
G2=tf(1,[0.075 0]);
G12=feedback(G1*G2,1);
G3=tf(44,[0.00167 1]);
G4=tf(1,0.1925);
G=G12*G3*G4;
Kp=[1:1:5];
for i=1:length(Kp)
Gc=feedback(Kp(i)*G,0.01178);
step(Gc),hold on
end
axis([0 0.2 0 130]);
gtext([1Kp=1]);
gtext([2Kp=2]);
gtext([3Kp=3]);
gtext([4Kp=4]);
gtext([5Kp=5]);
参考图如下：
图2 P 控制阶跃响应曲线
（2）积分控制作用分析
保持Kp =1不变，考察Ti = 0.03 ~ 0.07 时对系统阶跃响应的影响。MATLAB 程序如下： G1=tf(1,[0.017 1]);
G2=tf(1,[0.075 0]);
G12=feedback(G1*G2,1);
G3=tf(44,[0.00167 1]);
G4=tf(1,0.1925);
G=G12*G3*G4;
Kp=1;
Ti=[0.03:0.01:0.07];
for i=1:length(Ti)
Gc=tf(Kp*[Ti(i) 1],[Ti(i) 0]);
Gcc=feedback(G*Gc,0.01178);
step(Gcc),hold on
end
gtext([1Ti=0.03]);
gtext([2Ti=0.04]);
gtext([3Ti=0.05]);
gtext([4Ti=0.06]);
gtext([5Ti=0.07]);
（3）微分控制作用分析
为分析微分控制的作用，保持Kp = 0.01 ，Ti = 0.01, 考察Td = 12~ 84 时对系统阶跃响应
的影响。MATLAB 程序如下：
G1=tf(1,[0.017 1]);
G2=tf(1,[0.075 0]);
G12=feedback(G1*G2,1);
G3=tf(44,[0.00167 1]);
G4=tf(1,0.1925);
G=G12*G3*G4;
Kp=0.01;
Ti=0.01;
Td=[12:36:84];
for i=1:length(Td)
Gc=tf(Kp*[Ti*Td(i) Ti 1],[Ti 0])
Gcc=feedback(G*Gc,0.01178) ;
step(Gcc),hold on
end
gtext([1Td=12]);
gtext([2Td=48]);
gtext([3Td=84]);
（4）仿真结果分析
自己根据实验曲线，进行仿真结果分析。
（二）数字PID 控制作用分析：
仿照上述过程，独立完成PID 离散化仿真程序编写及结果分析。
（1）
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