直流电机pid闭环数字控制设计.doc

广西大学实验报告纸 实验题目：直流电机PID闭环数字控制设计 序号 学号 姓名 贡献排名 成绩 1(组长)： 1 2(组员)： 2 3(组员)： 学院：电气工程学院 报告形成日期 指导老师： 胡立坤 2015.10．20 【实验任务安排以及各组员贡献说明】 一起对实验原理和目的进行探讨和分析，并在matlab的simulink中搭建模拟进行仿真；董永昌编写PID程序和实验预习的撰写；一起对实验现象进行分析探讨得出实验结论，由苏建福完成最终实验报告的撰写。 【实验时间】2015年10月17日 【实验地点】综合楼实验室。 【实验目的】 1、巩固闭环控制系统的概念；? 2、了解闭环控制系统中反馈量的引入方法；? 3、掌握PID算法数字化的方法和编程及不同PID算法的优缺点。 【实验设备与软件】 labACT实验台 2、labACT软件? 3、MATLAB/Simulink仿真软件 【实验原理】 1、PID控制原理? ??按偏差的比例积分微分控制是过程控制中应用最广泛的一种控制规则。由PID控制规则构成PID调节器是一种线性调节器 式中u（t）——调节器的输出信号；e (t)——调节器的偏差信号； Kp——调节×器的比例系数； Ti——调节器的积分时间常数； Td——调节器的微分时间常数。 图一 PID控制原理框图 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iT，iT越小，积分作用就越强。? 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。? 2、PID算法的数字实现与经验整定? 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 标准PID算法：由于本次试验采用的计算机控制系统是一种时间离散控制系统。因此，为了用计算机实现PID控制必须将其离散化，用数字形式的差分方程来代替连续系统的微分方程 令积分系数?，微分系数，则PID位置控制算式表达 容易将上式转化成增量算式 3．直流电机的闭环调速原理 图2 直流电机闭环调速系统原理图 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是的标准传递函数如下 【实验内容、方法、过程与分析】 1、通过给定的电机模型公式，在simulink中搭建直流电机闭环调速仿真模型。 搭建的模型 一、标准PID实验程序 int pid(int P,int I,int D,int E) { int KI,KD,KP,U; KP=P; KI=5*KP/I; KD=D*P/5; II=II+E; U=KP*E+KD*(E-E0)+KI*II; E0=E; return U;} 1、电机转速由250转/min到1000转/min Simulink中的仿真结果 实验得出结果 2电机转速由250转/min到1500转/min Simulink中的仿真结果 实验得出结果 3、电机转速由250转/min到2000转/min Simulink中的仿真结果 实验得出结果 4、电机转速由250转/min到2500转/min Simulink中的仿真结果 实验得出结果 标准PID实验数据 跃变（*50转/min） 超调量 峰值时间 调整时间 稳态误差 5——20 18.7% 0.05 0.11 20 5——30 21.7% 0.06 0.17 4 5——40 28.4% 0.08 0.22 8 5——50 35.44% 0.1 0.26 20 实验数据及实验图分析： 当取适当的PID参数时，可以使控制系统响应加快，使电机的暂态性能提高，即响应快，能够迅速达到设定值；且稳态性能良好，稳态误差小。 二、积分分离PID控制程序及实验结果 电机转速由250转/min到2500转/min 三、不完全微分PID控制程序及实验结果 电机转速由250转/min到2500转/min 实验数据表：（电机转速由250转/min到2500转/min） 超调量 峰值时间 调整时间 稳态误差 标准PID 35.44%