1. 理解晶閘管直流單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和工作原理；

2. 掌握PID 控制器參數(shù)對控制系統(tǒng)性能的影響；

3. 能夠運(yùn)用MATLAB/Simulink 軟件對控制系統(tǒng)進(jìn)行正確建模并對模塊進(jìn)行正確的參數(shù)設(shè)置；

4. 掌握計(jì)算機(jī)控制仿真結(jié)果的分析方法。

二、實(shí)驗(yàn)工具：

MATLAB 軟件（6.1 以上版本）。

三、實(shí)驗(yàn)原理：

如圖3-1所示，PID 控制器根據(jù)偏差的比例(P)、積分(I)、微分(D)對G(s)的輸出y(t)進(jìn)行控制和跟蹤

? ??

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

(1)如圖3-2所示，以單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)為例，完成模擬PID 控制器的設(shè)計(jì)，并運(yùn)用Matlab

軟件對該調(diào)速系統(tǒng)的P、I、D 控制作用進(jìn)行分析。

(2)數(shù)字PID 控制器的設(shè)計(jì)及性能分析。

(3)模擬PID 與數(shù)字PID 控制效果分析。

五、 實(shí)驗(yàn)步驟

模擬PID的設(shè)計(jì)與仿真

比例P的控制作用

為分析純比例P控制器的作用，考察當(dāng)dT=0，Ti=∞，Kp=1～5時(shí)對系統(tǒng)階躍響應(yīng)的影響

G1=tf(1,[0.017 1]);

G2=tf(1,[0.075 0]);

G12=feedback(G1*G2,1);

G3=tf(44,[0.00167 1]);

G4=tf(1,0.1925);

G=G12*G3*G4;

Kp=[1:1:5];

for i=1:length(Kp)

Gc=feedback(Kp(i)*G,0.01178);

step(Gc),hold on

end

axis([0 0.2 0 130]);

gtext(['1Kp=1'])

gtext(['2Kp=2'])

gtext(['3Kp=3'])

gtext(['4Kp=4'])

gtext(['5Kp=5'])

比例積分(PI)控制,積分控制作用分析

G1=tf(1,[0.017 1]);

G2=tf(1,[0.075 0]);

G12=feedback(G1*G2,1);

G3=tf(44,[0.00167 1]);

G4=tf(1,0.1925);

G=G12*G3*G4;

Kp=1;

Ti=[0.03:0.01:0.07];

for i=1:length(Ti)

Gc=tf(Kp*[Ti(i) 1],[Ti(i) 0]);

Gcc=feedback(G*Gc,0.01178);

step(Gcc),hold on

end

gtext(['1Ti=0.03']),

gtext(['2Ti=0.04']),

gtext(['3Ti=0.05']),

gtext(['4Ti=0.06']),

gtext(['5Ti=0.07']),

比例積分微分(PID)控制,微分控制作用分析

G1=tf(1,[0.017 1]);

G2=tf(1,[0.075 0]);

G12=feedback(G1*G2,1);

G3=tf(44,[0.00167 1]);

G4=tf(1,0.1925);

G=G12*G3*G4;

Kp=0.01;

Ti=0.01;

Td=[12:36:84];

for i=1:length(Td)

Gc=tf(Kp*[Ti*Td(i) Ti 1],[Ti 0]);

Gcc=feedback(G*Gc,0.01178);

step(Gcc),hold on

end

gtext(['1Td=12']),

gtext(['2Td=48']),

gtext(['3Td=84']),

數(shù)字PID的設(shè)計(jì)與仿真

比例(P)控制作用,設(shè)采樣周期為0.001s。

G1=tf(1,[0.017 1]);

G2=tf(1,[0.075 0]);

G12=feedback(G1*G2,1);

G3=tf(44,[0.00167 1]);

G4=tf(1,0.1925);

G=G12*G3*G4;

Kp=[1:1:5];

ts=0.001;

for i=1:length(Kp)

Gc=feedback(Kp(i)*G,0.01178);

Gcc=c2d(Gc,ts,'zoh');

step(Gcc),hold on

end

axis([0 0.2 0 130]);

gtext(['1Kp=1']),

gtext(['2Kp=2']),

gtext(['3Kp=3']),

gtext(['4Kp=4']),

gtext(['5Kp=5']),

比例積分(PI)控制,積分控制作用分析,設(shè)采樣周期為0.001s。

G1=tf(1,[0.017 1]);

G2=tf(1,[0.075 0]);

G12=feedback(G1*G2,1);

G3=tf(44,[0.00167 1]);

G4=tf(1,0.1925);

G=G12*G3*G4;

Kp=1;

Ti=[0.03:0.01:0.07];

ts=0.001;

for i=1:length(Ti)

Gc=tf(Kp*[Ti(i) 1],[Ti(i) 0]);

Gcc=feedback(G*Gc,0.01178);

Gccd=c2d(Gcc,ts,'zoh');

step(Gccd),hold on

end

axis([0,0.6,0,140]);

gtext(['1Ti=0.03']),

gtext(['2Ti=0.04']),

gtext(['3Ti=0.05']),

gtext(['4Ti=0.06']),

gtext(['5Ti=0.07']),

比例積分微分(PID)控制,微分控制作用分析,設(shè)采樣周期為0.05s

G1=tf(1,[0.017 1]);

G2=tf(1,[0.075 0]);

G12=feedback(G1*G2,1);

G3=tf(44,[0.00167 1]);

G4=tf(1,0.1925);

G=G12*G3*G4;

Kp=0.01;

Ti=0.01;

Td=[12:36:84];

ts=0.05;

for i=1:length(Td)

Gc=tf(Kp*[Ti*Td(i) Ti 1],[Ti 0]);

Gcc=feedback(G*Gc,0.01178);

Gccd=c2d(Gcc,ts,'zoh');

step(Gccd),hold on

end

axis([0 20 0 100]);

gtext(['1Td=12']),

gtext(['2Td=48']),

gtext(['3Td=84']),