4.5.1數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)1標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法一．實(shí)驗(yàn)要求了解和掌握連續(xù)控制系統(tǒng)的PID控制的原理。了解和掌握被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立。了解和掌握數(shù)字PID調(diào)節(jié)器控制參數(shù)的工程整定方法。觀察和分析在標(biāo)準(zhǔn)PID控制系統(tǒng)中，P.I.D參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。二．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟⑴確立模型結(jié)構(gòu)本實(shí)驗(yàn)采用二個(gè)慣性環(huán)節(jié)串接組成實(shí)驗(yàn)被控對(duì)象，T1=0.2S，T2=0.5SKo=2。⑵被控對(duì)象參數(shù)的確認(rèn)被控對(duì)象參數(shù)的確認(rèn)構(gòu)成如圖4-5-10所示。本實(shí)驗(yàn)將函數(shù)發(fā)生器（B5）單元作為信號(hào)發(fā)生器，矩形波輸出（OUT）施加于被測系統(tǒng)的輸入端R，觀察矩形波從0V階躍到+2.5V時(shí)被控對(duì)象的響應(yīng)曲線。圖4-5-10被控對(duì)象參數(shù)的確認(rèn)構(gòu)成實(shí)驗(yàn)步驟：注：將‘SST’用‘短路套’短接!①在顯示與功能選擇（D1）單元中，通過波形選擇按鍵選中‘矩形波’（矩形波指示燈亮）。②B5的量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器1”，使之矩形波寬度>2秒（D1單元左顯示）。③調(diào)節(jié)B5單元的“矩形波調(diào)幅”電位器使矩形波輸出電壓=2.5V左右（D1單元右顯示）。④構(gòu)造模擬電路：按圖4-5-10安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套（b）測孔聯(lián)線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A5S5，S7，S102A7S2，S7，S9，P3B5‘S-ST’1輸入信號(hào)RB5（OUT）→A5（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A5A（OUTA）→A7（H1）3示波器聯(lián)接×1檔B5（OUT）→B3（CH1）4A7A（OUTA）→B3（CH2）⑤運(yùn)行、觀察、記錄：A)先運(yùn)行LABACT程序，選擇界面的“工具”菜單選中“雙跡示波器”（Alt+W）項(xiàng)，彈出雙跡示波器的界面，點(diǎn)擊開始，用虛擬示波器觀察系統(tǒng)輸入信號(hào)。圖4-5-11被控對(duì)象響應(yīng)曲線B)在圖4-5-112被控對(duì)象響應(yīng)曲線上測得t1和t2。通常取，要求從圖中測得；通常取，要求從圖中測得。計(jì)算和：C)求得數(shù)字PID調(diào)節(jié)器控制參數(shù)、、（工程整定法）據(jù)上式計(jì)算數(shù)字PID調(diào)節(jié)器控制參數(shù)、、⑶數(shù)字PID閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)字PID閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)構(gòu)成見圖4-5-12，觀察和分析在標(biāo)準(zhǔn)PID控制系統(tǒng)中，P.I.D參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，分別改變P.I.D參數(shù)，觀察輸出特性，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告，圖4-5-12數(shù)字PID閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)構(gòu)成實(shí)驗(yàn)步驟：注：將‘SST’用‘短路套’短接!①在顯示與功能選擇（D1）單元中，通過波形選擇按鍵選中‘矩形波’（矩形波指示燈亮）。②B5的量程選擇開關(guān)S2置下檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器1”，使之矩形波寬度≥2秒（D1單元左顯示）。③調(diào)節(jié)B5單元的“矩形波調(diào)幅”電位器使矩形波輸出電壓=2.5V（D1單元右顯示）。④構(gòu)造模擬電路：按圖4-5-12安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。a）安置短路套（b）測孔聯(lián)線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S82A2S1，S63A5S5，S7，S104A7S3，S7，S9，P5B5‘S-ST’1輸入信號(hào)RB5（OUT）→A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A1（OUT）→A2（H1）3送調(diào)節(jié)器輸入A2A（OUTA）→B7（IN7）4調(diào)節(jié)器輸出B2（OUT2）→A5（H1）5運(yùn)放級(jí)聯(lián)A5A（OUTA）→A7（H1）6負(fù)反饋A7A（OUTA）→A2（H2）7中斷B5（S）→B8（IRQ6）8鎖零B5（S）→B8（A）9B8（/A）→B8（IRQ5）10示波器聯(lián)接×1檔B5（OUT）→B3（CH1）11A7A（OUTA）→B3（CH2）（3）運(yùn)行、觀察、記錄：①運(yùn)行LABACT程序，選擇微機(jī)控制菜單下的數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)下的標(biāo)準(zhǔn)PID控制選項(xiàng)，會(huì)彈出虛擬示波器的界面，設(shè)置采樣周期T=0.05秒,然后點(diǎn)擊開始后將自動(dòng)加載相應(yīng)源文件，運(yùn)行實(shí)驗(yàn)程序。②在程序運(yùn)行中，設(shè)置Kp=0.33，Ti=0.36，Td=0.055，然后點(diǎn)擊發(fā)送。③點(diǎn)擊停止，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。⑷數(shù)字PID調(diào)節(jié)器控制參數(shù)的修正采樣周期保持T=0.05秒，為了使系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快，可增大比例調(diào)節(jié)的增益Kp（設(shè)Kp=2）；又為了使系統(tǒng)的超調(diào)不致于過大，犧牲一點(diǎn)穩(wěn)態(tài)控制精度，增加點(diǎn)積分時(shí)間常數(shù)Ti=0.6，微分時(shí)間常數(shù)Td不變，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果（超調(diào)量Mp及上升時(shí)間tp）。三．實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求⑴用LabACT實(shí)驗(yàn)箱獲取被控對(duì)象參數(shù)To和τ。⑵求取數(shù)字PID調(diào)節(jié)器控制參數(shù)Kp、Ti、Td（開環(huán)整定法）。⑷畫出數(shù)字PID閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)響應(yīng)曲線⑹記錄數(shù)字PID閉環(huán)控制系統(tǒng)的超調(diào)量Mp及上升時(shí)間tp分別填入下表。⑺比較修正前后數(shù)字PID閉環(huán)控制系統(tǒng)的超調(diào)量Mp及上升時(shí)間tp，從定性的角度寫出PID調(diào)節(jié)器控制參數(shù)Kp、Ti、Td對(duì)系統(tǒng)性能的影響。4.5.2積分分離PID控制算法一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解和掌握PID控制系統(tǒng)中的積分飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生原因及消除的方法。2．觀察和分析采用積分分離PID控制后，控制性能改善的程度及原因。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟在PID控制算法系統(tǒng)中，引進(jìn)積分分離法，既保持了積分的作用，又減小了超調(diào)量，使得控制性能有了較大的改善。當(dāng)偏差值比較大時(shí)，即>時(shí)，PID控制算法系統(tǒng)中，取消積分控制，采用PD控制；當(dāng)偏差值比較小時(shí)，即時(shí)，采用PID控制，算法可表示為：積分分離閥值Eo，其數(shù)值范圍為0~4.9V。積分分離PID控制算法系統(tǒng)構(gòu)成如圖4-5-12所示（與標(biāo)準(zhǔn)PID控制實(shí)驗(yàn)構(gòu)成相同）。 分別觀察標(biāo)準(zhǔn)PID控制與積分分離PID控制輸出，分析控制性能改善的程度及原因。實(shí)驗(yàn)步驟：同標(biāo)準(zhǔn)PID控制實(shí)驗(yàn)，注意，運(yùn)行LABACT程序時(shí)，選擇微分控制菜單下的數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)下的積分分離PID控制選項(xiàng)。標(biāo)準(zhǔn)PID控制：設(shè)置Kp=1，Ti=0.36，Td=0.055，設(shè)置積分分離閥值Eo=5V的。積分分離