目录

一．目的... 3

二．内容... 3

三．实验过程与结果... 3

1．学号推算出控制对象的模型参数... 3

2.齐格勒—尼柯尔斯的临界比例度法... 3

3.后向矩形法设计数字式PID.. 5

4.双线性变换法设计数字式PID控制器... 5

5.输入信号进行饱和限幅... 7

6.阶跃给定r改较大的值... 8

7.反馈抑制积分法... 8

8.遇限削弱积分法... 10

四、实验分析与结论... 11

1.PID参数整定的方法（根据经验）：... 11

2、性能分析... 12

3、存在不足... 12

4、总结... 12

前言：尽管不太想传这一期内容，但是这门课的老师卡我绩点，真的难受，害怪我太菜了，怪我，怨我。愿后来者能轻松点。能站着就不要躺，要站也要站在巨人的肩膀上。

一．目的

1．加深理解和掌握计算机控制系统的组成结构和原理。

2．学习并掌握数字PID控制算法的原理和参数整定方法。

3．学习掌握积分饱和现象的产生原因及改进措施。

4．学习并掌握数字控制器的混合仿真实验研究方法。

二．内容

设被控对象的传递函数为

，其中参数A的值根据学生学号的最后三位数字xyz来确定：A=3*x+10*y+z，要求设计一个数字式PID控制器来实现闭环控制：

 试采用齐格勒—尼柯尔斯整定法则（临界比例度法）确定PID参数值。观察PID参数变化对系统动态性能的影响,以及不同的离散化方式下控制信号的特点变化。

 观察系统在大的参考给定下出现的积分饱和现象，采用适当的改进措施，并对改进前后的性能加以比较。

三．实验过程与结果

1．学号推算出控制对象的模型参数

学号后3位 601 。 

因此 A=3*6+0*10+1=19 传递函数使用零极点模式。

2.齐格勒—尼柯尔斯的临界比例度法

初始整定值：Kp=Ku=0.6*379=227.4   Ki=0.5*1.442*Kp=165.094 Kd=41.27

经过一番折腾的整定值与此大不相同。

这里采用平行结构的分离PID模块与simulink自带的PID模块进行仿真，发现simulink自带的模块带了个滤波器（无法关闭，因为理想微分不存在，所以多了个参数N），所以之后的实验该模块都只作为参考设计。

3.后向矩形法设计数字式PID

很显然可以通过，自带的离散PID模块，轻松的设计出来所需要的控制器，这里发现仿真结果与分离式的PID相同（因为滤波器可以关闭），但是这里只是作为参考设计。

离散时间取：Ts=0.1。（1/10的上升时间）

4.双线性变换法设计数字式PID控制器

5.输入信号进行饱和限幅

取Umax/2=190。

扰动量 -Umax/2/5=-38。

6.阶跃给定r改较大的值

分析：没有稳态误差（积分作用起到了，但是积分量比较大，比实际控制量还大，导致有较大的超调），因而有积分饱和现象。

7.反馈抑制积分法

8.遇限削弱积分法

设积分分离的门槛值为em,，则积分分离PID控制算法可表达为下式:

其中：

对于r=20 这里取em=5;

对于r=1 这里取em=0.2;

四、实验分析与结论

1.PID参数整定的方法（根据经验）：

增大比例系数Kp一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差。但Kp过大会使系统有较大的超调，并产生振荡，使系统稳定性变坏。

增大积分时间Ti有利于减小超调，减小振荡，使系统更加稳定，但系统静差的消除将随之减慢。

增大微分时间Td有利于加快系统响应，使超调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应。

由于ZN公式整定出的结果出现了较大的超调量（超过了20%），发现是由于整定的PI值过大了，所以一部到位，把PI的值整定得比较小，但D的值小幅度改动，最终整定的结果在超调（5%-10%），上升时间（1-2s）恢复时间较长（20-30s）.

2、性能分析

（1）后向差分数字PID控制信号和模拟PID的比较类似，而双线性变换的控制信号对称分布，比较特别。

（2）后向差分将模拟PID转换为数字PID控制信号的时候，响应曲线有一定的变化（如超调变小，上升时间短了）。

（3）后向差分设计的数字PID在面对较大的给定时，能消除稳态误差，但是有积分饱和现象，因此需要使用抗积分饱和措施进行整定。

（4）遇限削弱积分法的性能十分优秀，遇限削弱积分法就是给积分量设置上限，那么这个门限em设置多少合适？要考虑两个方面。一是此门限要够小，以使积分饱和能够及时退出。二是不能太小，否则积分器无法完全消除静差。这里设置差不多20%的稳态值。

（5）反馈抑制积分法性能也还行，就是有些小问题（可能是搭建时出了点小问题）。

3、存在不足

（1）对于原理不是很了解，导致在模拟PID转换为数字PID时走了不少弯路，一度以为采样时间是simulink模块里面设置的，结果不是，是要自己去引进去。

（2）调节PID策略过于激进，导致后来曲线变化基本没有对参数进行进一步调整（因为性能还行）。

（3）对于simulink的有些模块使用不是很熟悉。

4、总结

数字PID控制算法的原理和参数整定方法是一门大学问。

最后

以上就是文静纸飞机为你收集整理的数字式PID控制MATLAB仿真一．目的二．内容三．实验过程与结果四、实验分析与结论的全部内容，希望文章能够帮你解决数字式PID控制MATLAB仿真一．目的二．内容三．实验过程与结果四、实验分析与结论所遇到的程序开发问题。

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