pid控制特性的实验研究.doc
- 文档编号:134200
- 上传时间:2022-10-04
- 格式:DOC
- 页数:19
- 大小:668.50KB
pid控制特性的实验研究.doc
《pid控制特性的实验研究.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《pid控制特性的实验研究.doc(19页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
2011-2012学年第1学期
院别:
控制工程学院
课程名称:
自动控制原理A
实验名称:
pid控制特性的实验研究
实验教室:
6111
指导教师:
瞿福存
小组成员(姓名,学号):
实验日期:
2011年12月5日
评分:
一、实验目的
1、学习并掌握利用MATLAB编程平台进行控制系统复数域和频率域仿真的方法。
2、通过仿真实验研究并总结pid控制规律及参数对系统特性影响的规律。
3、实验研究并总结pid控制规律及参数对系统根轨迹、频率特性影响的规律,并总结系统特定性能指标下根据根轨迹图、频率响应图选择pid控制规律和参数的规则。
二、实验任务及要求
(一)实验任务
设计如图所示系统,进行实验及仿真程序,研究在控制器分别采用比例(p)、比例积分(pi)、比例微分(pd)及比例积分微分(pid)控制规律和控制器参数(Kp、Ki、Kd)不同取值时,控制系统根轨迹和阶跃响应的变化,总结pid控制规律及参数变化对系统性能、系统根轨迹、系统阶跃响应影响的规律。
具体实验内容如下:
1、比例(p)控制,设计参数Kp使得系统处于过阻尼、临界阻尼、欠阻尼三种状态,并在根轨迹图上选择三种阻尼情况的Kp值,同时绘制对应的阶跃响应曲线,确定三种情况下系统性能指标随参数Kp的变化情况。
总结比例(p)控制的规律。
2、比例积分(pi)控制,设计参数Kp、Ki使得由控制器引入的开环零点分别处于:
1)被控对象两个极点的左侧;
2)被控对象两个极点之间;
3)被控对象两个极点的右侧(不进入右半平面)。
分别绘制三种情况下的根轨迹图,在根轨迹图上确定主导极点及控制器的相应参数;通过绘制对应的系统阶跃响应曲线,确定三种情况下系统性能指标随参数Kp和Ki的变化情况。
总结比例积分(pi)控制的规律。
3、比例微分(pd)控制,设计参数Kp、Kd使得由控制器引入的开环零点分别处于:
1)被控对象两个极点的左侧;
2)被控对象两个极点之间;
3)被控对象两个极点的右侧(不进入右半平面)。
分别绘制三种情况下的根轨迹图,在根轨迹图上确定控制器的相应参数;通过绘制
对应的系统阶跃响应曲线,确定三种情况下系统性能指标随参数Kp和Kd的变化情况。
总结比例积分(pd)控制的规律。
4、比例积分微分(pid)控制,设计参数Kp、Ki、Kd使得由控制器引入的两个开环零点分别处于:
1)实轴上:
固定一个开环零点在被控对象两个开环极点的左侧,使另一个开环零点在被控对象的两个极点的左侧、之间、右侧(不进入右半平面)移动。
分别绘制三种情况下的根轨迹图,在根轨迹图上确定主导极点及控制器的相应参数;通过绘制对应的系统阶跃响应曲线,确定三种情况下系统性能指标随参数Kp、Ki和Kd的变化情况。
2)复平面上:
分别固定两个共轭开环零点的实部(或虚部),让虚部(或实部)处于三个不同位置,绘制根轨迹图并观察其变化;在根轨迹图上选择主导极点,确定相应的控制器参数;通过绘制对应的系统阶跃响应曲线,确定六种情况下系统性能指标随参数Kp、Ki和Kd的变化情况。
综合以上两类结果,总结比例积分微分(pid)控制的规律。
(二)实验要求
1、合理选择p、pi、pd、pid控制器参数,使开环系统极零点分布满足实验内容中的要求。
通过绘图展示不同控制规律和参数变化对系统性能的影响。
根轨迹图可以单独绘制,按照不同控制规律、不同参数将阶跃响应绘制于同一幅面中。
2、通过根轨迹图确定主导极点及参数值,根据阶跃响应曲线确定系统性能指标并列表进行比较,总结控制器控制规律及参数变化对系统特性、系统根轨迹影响的规律。
3、总结在一定控制系统性能指标要求下,根据系统根轨迹图和阶跃响应选择pid控制规律和参数的规则。
4、全部采用MATLAB平台编程完成。
三、实验方案设计(含实验参数选择、控制器选择、仿真程序等)
1、比例(p)控制,设计参数Kp使得系统处于过阻尼、临界阻尼、欠阻尼三种状态,并在根轨迹图上选择三种阻尼情况的Kp值,同时绘制对应的阶跃响应曲线。
仿真程序:
p=[1];
q=[11016];
rlocus(p,q);
rlocfind(p,q)
rlocfind(p,q)
rlocfind(p,q)
gtext('过阻尼');gtext('临界阻尼');gtext('欠阻尼');
得到系统根轨迹图,在根轨迹图上选择点,即得到三个开环增益值Kp=2(过阻尼),Kp=7.0457(临界阻尼),Kp=22.5434(欠阻尼)。
绘制三种状态的阶跃响应曲线
仿真程序:
kp=[1.344.4];
t=0:
0.1:
6;
holdon
fori=1:
length(kp)
sys=tf([kp(i)],[1812+kp(i)]);
subplot(2,2,i);step(sys,t)
end
holdoff
gridon
gtext('Kp=2过阻尼');gtext('Kp=7临界阻尼');gtext('Kp=22.5欠阻尼');
holdon
2、比例积分(pi)控制:
1)被控对象两个极点的左侧;则必须满足Ki>6Kp,令Ki=10Kp。
仿真程序:
p=[114];
q=[110160];
rlocus(p,q);
rlocfind(p,q)
rlocfind(p,q)
rlocfind(p,q)
gtext('过阻尼');gtext('临界阻尼');gtext('欠阻尼');
得到系统根轨迹图,在根轨迹图上选择点,即得到三个开环增益值Kp=0.24444(过阻尼),Kp=0.8051(临界阻尼),Kp=31.9849(欠阻尼)。
绘制相应的阶跃响应曲线
仿真程序:
kp=[0.30.615.7];
t=0:
0.1:
20;
holdon
fori=1:
length(kp)
sys=tf([kp(i)10*kp(i)],[1812+kp(i)10*kp(i)]);
subplot(2,2,i);step(sys,t)
end
holdoff
gridon
gtext('Kp=0.2过阻尼');gtext('Kp=0.8临界阻尼');gtext('Kp=31.9欠阻尼');
holdon
2)被控对象两个极点之间;则必须满足6Kp>Ki>2Kp,令Ki=4Kp.
仿真程序:
p=[114];
q=[110160];
rlocus(p,q);
rlocfind(p,q)
rlocfind(p,q)
rlocfind(p,q)
gtext('过阻尼');gtext('临界阻尼');gtext('欠阻尼');
得到系统根轨迹图,在根轨迹图上选择点,即得到三个开环增益值Kp=2.1186(过阻尼),Kp=2.3626(临界阻尼),Kp=70.7843(欠阻尼)。
绘制相应的阶跃响应曲线
仿真程序:
kp=[1.31.785.0];
t=0:
0.1:
10;
holdon
fori=1:
length(kp)
sys=tf([kp(i)4*kp(i)],[1812+kp(i)4*kp(i)]);
subplot(2,2,i);step(sys,t)
end
holdoff
gridon
gtext('Kp=2.1过阻尼');gtext('Kp=2.4临界阻尼');gtext('Kp=70.8欠阻尼');
holdon
3)被控对象两个极点的右侧(不进入右半平面);则必须满足2Kp>Ki>0,令Ki=Kp。
仿真程序:
p=[11];
q=[110160];
rlocus(p,q);
rlocfind(p,q)
rlocfind(p,q)
rlocfind(p,q)
gtext('过阻尼');gtext('临界阻尼');gtext('欠阻尼');
得到系统根轨迹图,在根轨迹图上选择点,即得到三个开环增益值Kp=4.5338(过阻尼),Kp=10.8873(临界阻尼),Kp=60.1969(欠阻尼)。
绘制相应的阶跃响应曲线
仿真程序:
kp=[3.35.447.5];
t=0:
0.1:
20;
holdon
fori=1:
length(kp)
sys=tf([kp(i)kp(i)],[1812+kp(i)kp(i)]);
subplot(2,2,i);step(sys,t)
end
holdoff
gridon
gtext('Kp=4.5过阻尼');gtext('Kp=10.9临界阻尼');gtext('Kp=60.2欠阻尼');
holdon
3、比例微分(pd)控制:
1)被控对象两个极点的左侧;则必须满足Kd 仿真程序: p=[0.11]; q=[11016]; rlocus(p,q); rlocfind(p,q) rlocfind(p,q) rlocfind(p,q) rlocfind(p,q) 得到系统根轨迹图,在根轨迹图上选择点,即得到三个开环增益值Kp=1.4199,Kp=1.9100,Kp=20.2324,Kp=25.2324。 绘制相应的阶跃响应曲线 仿真程序: kp=[5.736.5203.1233.1]; t=0: 0.1: 5; holdon fori=1: length(kp) sys=tf([0.1*kp(i)kp(i)],[18+0.1*kp(i)12+kp(i)]); subplot(2,2,i);step(sys,t) end holdoff gridon gtext('Kp=1.4');gtext('Kp=1.9');gtext('Kp=20.2');gtext('Kp=25.3'); holdon 2)被控对象两个极点之间;则必须满足Kp/6 仿真程序: p=[0.21]; q=[1812]; rlocus(p,q); rlocfind(p,q) rlocfind(p,q) rlocfind(p,q) rlocfind(p,q) 得到系统根轨迹图,在根轨迹图上选择点,即得到三个开环增益值Kp=6.1009,Kp=13.2394,Kp=20,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- pid 控制 特性 实验 研究