實驗六基于Simulink的位置式和增量式PID仿真

1、實驗六 基于Simulink的位置式和增量式PID仿真一、實驗目的：1、 用Matlab的仿真工具Simulink分別做出數字PID控制器的兩種算法（位置式和增量式）進行仿真；2、 被控對象為一階慣性環(huán)節(jié) D(s) = 1 / (5s+1)；3、 采樣周期 T = 1 s；4、 仿真結果：確定PID相關參數，使得系統(tǒng)的輸出能夠很快的跟隨給定值的變化，給出例證，輸入輸出波形，程序清單及必要的分析。二、實驗學時：4三、實驗原理： （1）列出算法表達式：位置式PID控制算法表達式為：（2）列出算法傳遞函數： （3）建立simulink模型：（4）準備工作：雙擊step，將sample time設置為

2、1以符合采樣周期 T = 1 s 的要求；選定仿真時間為500。第一步是先獲取開環(huán)系統(tǒng)的單位階躍響應，在Simulink中，把反饋連線、微分器、積分器的輸出連線都斷開，并將Kp的值置為1，調試之后獲取響應值。再連上反饋線，再分別接上微分器、積分器，仿真，調試仿真值。2、增量式PID：（1）列出算法表達式：增量式PID控制算法表達式為：（2）列出算法傳遞函數：（3）建立simulink模型：（4）準備工作：雙擊step，將sample time設置為1以符合采樣周期 T = 1 s 的要求；選定仿真時間為500。第一步是先獲取開環(huán)系統(tǒng)的單位階躍響應，在Simulink中，把反饋連線、微分器、積分

3、器的輸出連線都斷開，并將Kp的值置為1，調試之后獲取響應值。再連上反饋線，再分別接上微分器、積分器，仿真，調試仿真值。四、實驗內容：1、位置式：（1）P控制整定仿真運行完畢，雙擊“scope”得到下圖將Kp的值置為0.5，并連上反饋連線。仿真運行完畢，雙擊“scope”得到下圖效果不理想，再將Kp的值置為0.2，并連上反饋連線。P控制時系統(tǒng)的單位階躍響應圖如下：（2）PI控制整定（比例放大系數仍為Kp=0.2）經多次輸入Ki的值，發(fā)現Ki=1時，系統(tǒng)的輸出最理想，選定仿真時間，仿真運行， 運行元畢后. 雙擊" Scope " 得到以下結果（3）PID控制整定經多次輸入調試，

4、Kd的值置為0.5時，系統(tǒng)能最快地趨向穩(wěn)定。雙擊scope可得：從上面三張圖可以看出. PI、PID 控制二者的響應速度基本相同，且系統(tǒng)穩(wěn)定的輸出值也相同。Kp、Ki、Kd分別取0.2、1、0.5。2、增量式：（1）對P控制整定仿真運行完畢，雙擊“scope”得到下圖將Kp的值置為2.5，并連上反饋連線。P控制時系統(tǒng)的單仲階躍響應圖如下：無論如何更改Kp的值，都是呈現出下坡趨勢。（2）對PI控制整定（比例放大系數仍為Kp=0.25）經多次輸入Ti的值，發(fā)現Ki=0.3時，系統(tǒng)的輸出最理想。仿真運行完畢后. 雙擊" Scope " 得到以下結果，如下圖：（3）對PID控制整定

5、當Kd的值置為3時，如下圖由圖可得，系統(tǒng)非常不穩(wěn)定。將Kd的值置為0.5，雙擊scope可得：繼續(xù)調節(jié)，將Kd的值置為0.3，雙擊scope。雖然Kp在等于0.5跟0.3時，圖像相差不大，但很明顯當Kp置為0.3時，系統(tǒng)能夠更快地趨向平衡，因此取Kp為0.3.從上面三張圖可以看出. P調節(jié)下最不穩(wěn)定，而PID 控制下，系統(tǒng)最穩(wěn)定，且調節(jié)時間最短。Kp，Ki，Kd分別取2.5、0.3、0.3。通過這次實驗可以得出，不同形式的PID控制說所達到的效果是不同的，這將便于我們根據系統(tǒng)具體的情況去做出相應的調整，用最少的路徑去達到系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡。對于位置式的P、PI、PID控制，P控制的系統(tǒng)難以到達穩(wěn)定狀態(tài)，所需要的時間很長。而PI控制與PID控制到達穩(wěn)定狀態(tài)的能力基本相同；對于增量式的P、PI、PID控制，P控