PID控制电机实验报告

pid控制实验报告

实验报告：PID控制

一、实验目的

通过本实验，我们的目的是深入了解PID（比例、积分、微分）控制算法，理解其在实际控制中的应用，掌握PID参数的调整方法。

二、实验原理

PID控制是依据被控对象的误差（偏差）与时间的积分、微分关系来确定控制器输出的控制方式。具体来说，PID控制器输出的控制量=Kp*（当前误差+上次误差*dt+所有误差的积分），其中Kp、Ki和Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数。它通过对偏差的补偿，使得被控对象能够在振荡绕过设定值、稳定达到设定值的过程中快速、准确定位设定值。

三、实验设备

本实验采用的设备为PID控制器、液晶显示屏、电压控制电机和传感器。

四、实验步骤

1. 首先，我们需要将系统设为手动调节状态，关闭控制器。

2. 然后，我们将传感器和记录仪建立起连接。

3. 将系统调整为自动控制状态，让控制器自行计算控制量、作出相应控制。

4. 调整PID控制器的Kp系数，以调整控制精度。

5. 调整PID控制器的Ki系数，以调整控制的灵敏度。

6. 调整PID控制器的Kd系数，以调整控制器的稳定性。

7. 最终完成调整后，我们可以用振荡器数据展示出来实验结果。

五、实验结果

在完成调整后，我们得出的控制器输出的控制量稳定在理论值附近，在控制精度与控制的灵敏度达到较好平衡的情况下，控制器的稳定性得到了保证。实验结果具有较好指导意义。

六、结论

本实验通过掌握PID控制算法的实际应用方法，以及对参数的合理设置为基础，完成了对PID控制器各参数调整技巧的掌握，极大地丰富了实验基础技能。同时，实验结果为之后的实际应用提供了参考，有着极其重要的现实意义。

姓名：戴鹏 指导老师：胡立坤 成绩：

学院：电气工程学院 专业：自动化 班级：自093

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实验内容：基于双闭环PID控制的一阶倒立摆控制器的设计与验证实验

其他组员：黄育尚

【实验时间】 2013年1月18日星期五

【实验地点】综合楼702

【实验目的】

1. 理解一阶倒立摆的工作机理及其数学模型的建立及简化的方法；

2. 通过对一阶倒立摆的建模，掌握使用Matlab/Simulink软件对控制系统的建模方法；

3. 通过对一阶倒立摆控制系统的设计，理解和掌握双闭环PID控制系统的设计方法；

4. 掌握双闭环PID控制器参数整定的方法；

5. 掌握Simulink子系统的创建方法；

6. 理解和掌握控制系统设计中稳定性、快速性的权衡以及不断通过仿真实验优化控制系统的方法。

【实验原理】

本实验的被控对象为固高公司的倒立摆实验系统，一阶倒立摆的结构原理图如图1所示，一阶倒立摆系统的组成框图如图2所示。一阶倒立摆精确模型如图3所示。

一阶倒立摆系统包括计算机、运动控制卡、伺服机构、倒立摆本体和光电码盘几大部分，组成了一个闭环系统。光电码盘1 将小车的位移、速度信号反馈给伺服驱动器和运动控制卡，摆杆的位置、速度信号由光电码盘反馈给控制卡。计算机从运动控制卡中读取实时数据，确定控制决策(小车向哪个方向移动、移动速度、加速度等)，并由运动控制卡来实现该控制决策，产生相应的控制量，使电机转动，通过皮带带动小车运动，保持摆杆平衡。

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直线一级倒立摆PID控制实验报告

一、实验目的

本实验的目的是让实验者理解并掌握 PID 控制的原理和方法，并应用于直线一级倒立摆的控制，PID 控制并不需要对系统进行精确的分析，因此我们采用实验的方法对系统进行控制器参数的设置。

二、实验设备

直线一级倒立摆；安装有MATLAB软件的PC机；运动控制卡主机箱。

三、实验步骤及结果

1、PID 控制参数设定及仿真

对于 PID 控制参数，我们采用以下的方法进行设定：

由实际系统的物理模型：

 (𝑠)𝑉 (𝑠)=0.027250.0102125𝑠2−0.26705

在 Simulink 中建立如图1所示的直线一级倒立摆控制模型：

图1直线一级倒立摆 PID 控制 MATLAB 仿真模型

先设置 PID 控制器为P控制器，令Kp=9，Ki=0，KD=0，得到以下仿真结果：

图2 参数设置窗口

图3直线一级倒立摆P控制仿真结果图（Kp＝9）

从图3中可以看出，控制曲线不收敛，因此增大控制量，令Kp=50，Ki=0，KD=0，得到以下仿真结果：

图4直线一级倒立摆P控制仿真结果图（Kp＝50）

从图4中可以看出，闭环控制系统持续振荡，周期约为 0.6s。为消除系统的振荡，增加微分控制参数KD ，令 Kp=50, Ki=0, KD=16 ，得到仿真结果如下：

图5直线一级倒立摆PD控制仿真结果图（Kp＝50，KD＝16）

从图5中可以看出，系统稳定时间过长，大约为7秒，因此再增加微分控制参数KD，令：Kp=50, Ki=4, KD=16，仿真得到如下结果：

图6直线一级倒立摆 PID 控制仿真结果图（Kp＝50，Ki＝4，KD＝16）

由于 PID 控制器为单输入单输出系统，所以只能控制摆杆的角度，并不能控制小车的位置，所以小车会往一个方向运动。

2、PID 控制实验

1) 打开直线一级倒立摆 PID 控制界面入下图6所示：

图6直线一级倒立摆 MATLAB 实时控制界面

实验十七 直流电机控制实验

一、 实验目的

1． 学习数字控制器的模拟化设计方法；

2． 学习数字PID控制器的设计方法；

3． 学习PWM控制理论；

4． 学习数字PID控制器在DSP上的实现方法。

二、 实验设备

计算机，CCS 2.0版软件，实验箱、DSP仿真器、导线。

三、 基础理论

PID控制器（按闭环系统误差的比例、积分和微分进行控制的调节器）自30年代末

图1 模拟PID控制

期出现以来，在工业控制领域得到了很大的发展和广泛的应用。它的结构简单，参数易于调整，在长期应用中已积累了丰富的经验。特别是在工业过程控制中，由于被控制对象的精确的数学模型难以建立，系统的参数经常发生变化，运用控制理论分析综合不仅要耗费很大代价，而且难以得到预期的控制效果。在应用计算机实现控制的系统中，PID很容易通过编制计算机语言实现。由于软件系统的灵活性，PID算法可以得到修正和完善，从而使数字PID具有很大的灵活性和适用性。实现PID控制的计算机控制系统如图1所示，其中数字PID控制器是由软件编程在计算机内部实现的。

1、PID控制规律的离散化

PID控制器是一种线性调节器，这种调节器是将系统的给定值r与实际输出值y构成的控制偏差yrc的比例（P）、积分（I）、微分（D），通过线性组合构成控制量，所以简称PID控制器。 连续控制系统中的模拟PID控制规律为：

])()(1)([)(0dttdeTdtteTteKtuDtIp

（式1）

式中)(tu是控制器的输出，)(te是系统给定量与输出量的偏差，PK是比例系数，IT是积分时间常数，DT是微分时间常数。其相应传递函数为： pKsTKIpsTKDp对象reyu- )11()(sTsTKsGDIp