变速积分PID控制系统设计

创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日 课 程 设 计 报 告之马矢奏春创作

创作时间：二零二一年六

设计题目 变速积分PID控制系统设计

课程名称 计算机控制技术B

姓名 苏丹 学号 2008100731

班级 自动化0803 教师 闫高伟

设计日期 2011年 7月5日

目 录

3.1 硬件设计…………………………………………………………………………….12

3.1.1 系统方框图…………………………………………………………………..12

3.1.2 线路原理图…………………………………………………………………..12

软件编程…………………………………………………………………………… 13

3.2.1 软件流程图………………………………………………………………….14

3.2.2 法式源代码………………………………………………………………….21 创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日 第4章 设计仿真与运行分析…………………………………………………………………..21

附录1 线路原理图………………………………………………………………………...28

附录2 TDN-AC/ACS＋教学实验系统介绍..………………………………………………..28

附录3 参考资料…………………………………………………………………………..30

变速积分PID控制系统设计

摘要

PID校正装置（又称PID控制器或PID调节器）是一种有源校正装置, 它是最早发展起来的控制战略之一, 在工业过程控制中有着最广泛的应.它具有结构简单、容易实现、控制效果好、鲁棒性强等特点, 是迄今为止最稳定的控制方法.它所涉及的参数物理意义明确, 理论分析体系完整, 并为工程界所熟悉, 因而在工业过程控制中获得了广泛应用.从实际需要动身, 一种好的PID控制器参数整定方法, 不单可以减少把持人员的负担, 还可以使系统处于最佳运行状态.因此, 对PID控制器参数整定法

的研究具有重要的实际意义.

在普通的PID调节算法中, 由于积分系数KI是常数, 因此,

在整个调节过程中, 积分增益不变.但系统对积分项的要求是系统偏差年夜时积分作用减弱以至全无, 而在小偏差时则应加强.否则, 积分系数取年夜了会发生超调, 甚至积分饱和, 取小了又迟迟不能消除静差.改进的PID算法可以有效改变此现象.此采纳变速积分可以很好地解决这一问题.本次课程设计基于自动控制原理实验箱（设备型号：TDN—ACS＋）, 创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日 接好硬件电路以后实现变速积分.并在matlab 6.5完成对变速积分的仿真.

关键词：PID控制算法；变速积分；matlab仿真

Abstract

So far,the PID is the most common control arithmetic.

It’s one of the most early developed control strategy,

which is applied to the industry process. Its structure

is simple and easy to implement, however, the control

effect is perfect.The physical parameters is, meaning

of ,theoretical analysis of system is integrity, and it

is familiar by the engineering sector, which in the

industrial process control has been widely used. For the

actual needs, a good parameter PID controller tuning

method can not only reduce the burden on operators, but

also make the system running at best. Therefore, the

fixed PID controller parameter tuning study hasimportant

practical significance.

In the traditional PID control algorithm, the

integral coefficient KI is constant throughout the

adjustment process, the integral gain. But the system

requirements for the integral term is the system error is

large as well as no less integral action, and in the

small deviation should be strengthened. Otherwise, the

integral coefficient will have a big overshoot, or even

integral saturation, whichever is smaller and the delay

to eliminate static error. Improved PID algorithm can

effectively change this behavior. The use of variable-speed integration can solve this problem. The course 创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日 design is based on principles of automatic control test

box (Model: TDN-ACS +), connected actual hardware circuit.

After achieving agood connection speed integration

circuit hardware. , use matlab 6.5 to complete the

simulation for variable-speed integration.

Keyword: PID control algorithm; variable-speed

integration; matlab simulation创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日 第1章 数字PID及变速积分简介

1.1 数字ＰＩＤ发展介绍：

PID控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一.在工业过程控制中有着最广泛的应用, 其实现方式有电气式、气动式和液力式.它具有容易实现、控制效果好、鲁棒性强等特点, 同时它原理简单, 参数物理意义明确, 理论分析体系完整, 并为工程界所熟悉, 因而在工业过程控制中获得了广泛应用.尽管自1940年以来, 许多先进控制方法不竭推出, 但PID控制器仍被广泛应用于冶金、化工、电力、轻工和机械等工业过程控制中.PID控制器是有源校正装置, 与无源校正装置相比, 它具有结构简单、参数易于整定、应用面广等特点, 设计的控制对象可以有精确模型, 并可以是黑箱或灰箱系统.总体而言, 它主要有如下优点：

（1）原理简单, 应用方便, 参数整定灵活.

（2）适用性强.可以广泛应用于电力、机械、化工、热工、冶金、轻工、建材、石油等行业.

１.2 PID控制器工作原理：

1.2.1 :

图1

典范模拟PID结构框图如图1所示.PID控制器是通加对误差信号e(t)进行比例、积分和微分运算, 其结果的加权, 获得控制器的输出u(t), 该值就是控制对象的控制值.PID控制器的数学描述为：

（1—1） 创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日 式中, u(t)—调节器的输出信号;e(t)—调节器的偏出信号;Kp—比例系数;Ti—积分时间常数;Td—微分时间常数.

1.2.2 :

在计算机控制系统中, 使用的是数字PID控制器, 数字PID控制算法通常又分为位置式PID控制算法和增量式PID控制算法.

(1) 位置式PID控制算法 ：

由于计算机控制是一种采样控制, 它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量,

故对模拟PID算式中的积分和微分项不能直接使用, 需要进行离散化处置.按模拟PID控制算法, 现以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t, 以和式取代积分,

以增量（一阶后插）取代微分, 则可以作如下的近似变换:

000t=kT(k=0,1,2)()()()()e(kT)-e(k-1)Te(k)-e(k-1)tkkjjetdtejTTejdetdtTT （1-2）

显然, 上述离散化过程中, 采样周期T必需足够短,

才华保证有足够的精度.为了书写方便, 将e(kT)简化暗示成e(k)等, 即省去T.将式(2-2)代入式(2-1), 可以获得离散的PID表达式为:

0(){()()[()(1)}1kDpjTTukKekejekekTT （1-3）

式中:

k— 采样序列号;u(k)— 第k次采样时刻的计算机输出值;e(k)—第k次采样时刻输入的偏差值;e(k-1)— 第k-1次采样时刻输入的偏差值；Ki— 积分系数, Ki＝Ｋ PＴ/Ti；Ｋ D—微分系数, Ｋ D=Ｔ D/Ｔ.

1.3 变速积分简介：

变速积分作为改进的ＰＩＤ算法之一, 它的基本思想是设法改变积分项的累加速度, 使其与偏差的年夜小相对应：偏差越年夜, 积分越慢；偏差越小,

积分越快.

(1)变速积分实现：