数字pid控制算法的研究实验报告

数字PID控制算法仿真研究

摘要

PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单，鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，尤其用于可简历精确数学模型的确定性控制系统。而实际生产过程往往具有非线性、时变不确定性，难以建立精确的数学模型，应用常规PID控制器不能达到理想的控制效果。为了达到使PID控制能适应复杂的工况和高指标的控制要求，人们对PID控制进行了改进，出现了各种新型PID控制器，对于复杂对象，其控制效果超过常规PID控制。

本文介绍了PID控制技术的研究进展。分析了传统的模拟和数字PID控制算法，并对传统的PID控制算法进行微分项和积分项的改进，仿真研究了几种比较普遍运用的方法，包括积分分离PID控制算法、抗积分饱和PID控制算法、不完全微分PID控制算法、微分先行PID控制算法等。并在研究先进控制算法的基础上，将模糊控制与PID控制结合，实现模糊PID控制，利用模糊推理方法实现对PID参数的在线自整定。最后，根据现实情况，从系统的性能指标出发，针对实际控制对象，选择合适的PID控制算法，并用Matlab与Simulink软件进行仿真及研究，结果表明系统的控制效果良好。

关键词：PID；改进型PID；模糊PID；MATL

数字PID控制算法仿真研究

摘要

PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单，鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，尤其用于可简历精确数学模型的确定性控制系统。而实际生产过程往往具有非线性、时变不确定性，难以建立精确的数学模型，应用常规PID控制器不能达到理想的控制效果。为了达到使PID控制能适应复杂的工况和高指标的控制要求，人们对PID控制进行了改进，出现了各种新型PID控制器，对于复杂对象，其控制效果超过常规PID控制。

本文介绍了PID控制技术的研究进展。分析了传统的模拟和数字PID控制算法，并对传统的PID控制算法进行微分项和积分项的改进，仿真研究了几种比较普遍运用的方法，包括积分分离PID控制算法、抗积分饱和PID控制算法、不完全微分PID控制算法、微分先行PID控制算法等。并在研究先进控制算法的基础上，将模糊控制与PID控制结合，实现模糊PID控制，利用模糊推理方法实现对PID参数的在线自整定。最后，根据现实情况，从系统的性能指标出发，针对实际控制对象，选择合适的PID控制算法，并用Matlab与Simulink软件进行仿真及研究，结果表明系统的控制效果良好。

关键词：PID；改进型PID；模糊PID；MATL

实用标准文案

实验三 数字PID控制

一、实验目的

1．研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。 2．研究采样周期T对系统特性的影响。 3．研究I型系统及系统的稳定误差。 二、实验仪器

1．EL-AT-III型计算机控制系统实验箱一台 2．PC计算机一台 三、实验内容

1．系统结构图如3-1图。

图3-1 系统结构图

图中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds） Gh（s）=（1－e-TS）/s

Gp1（s）=5/（（0.5s+1）（0.1s+1）） Gp2（s）=1/（s（0.1s+1））

2．开环系统（被控制对象）的模拟电路图如图3-2和图3-3，其中图3-2对应GP1（s）,图3-3对应Gp2（s）。

图3-2 开环系统结构图1 图3-3开环系统结构图2

3．被控对象GP1（s）为“0型”系统，采用PI控制或PID控制，可系统变为“I型”系统，被控对象Gp2（s）为“I型”系统，采用PI控制或PID控制可使系统变成“II型”系统。

4．当r（t）=1（

实用标准文案

实验三 数字PID控制

一、实验目的

1．研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。 2．研究采样周期T对系统特性的影响。 3．研究I型系统及系统的稳定误差。 二、实验仪器

1．EL-AT-III型计算机控制系统实验箱一台 2．PC计算机一台 三、实验内容

1．系统结构图如3-1图。

图3-1 系统结构图

图中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds） Gh（s）=（1－e-TS）/s

Gp1（s）=5/（（0.5s+1）（0.1s+1）） Gp2（s）=1/（s（0.1s+1））

2．开环系统（被控制对象）的模拟电路图如图3-2和图3-3，其中图3-2对应GP1（s）,图3-3对应Gp2（s）。

图3-2 开环系统结构图1 图3-3开环系统结构图2

3．被控对象GP1（s）为“0型”系统，采用PI控制或PID控制，可系统变为“I型”系统，被控对象Gp2（s）为“I型”系统，采用PI控制或PID控制可使系统变成“II型”系统。

4．当r（t）=1（

计算机控制技术 课程设计

前言

PID（Proportion Integration Differentiation比例-积分-微分）控制规律作为经典控制理论的最大成果之一，由于其原理简单且易于实现，具有一定的自适应性和鲁棒性，对于无时间延时的单回路控制系统很有效，在目前的工业过程控制中仍被广泛采用。PID控制器作为最早实用化的控制器已经有50多年历史，它是经典控制中用于过程控制最有效的策略之一，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。它最大的优点是不需了解被控对象精确的数学模型，只需在线根据系统误差及误差的变化率等简单参数，经过经验进行调节器参数在线整定，即可取得满意的结果，具有很大的适应性和灵活性。

PID控制中的积分作用可以减少稳态误差，微分作用可以提高响应速度。但另一方面积分作用容易导致积分饱和，使系统超调量增大，微分作用对高频干扰特别敏感， 甚至导致系统失稳。PID控制本质上属于线性控制，因此对于具有很强非线性的对象来说，控制效果具有先天的不足。对于这种情况，就应该采用具有非线性特性的控制方法，以适应整个系统的特点。

PID控制是一种比较理想的控制方式，它在比例的基础上引入了积分，消除了偏差；又加入微分，提高了系统的稳定性。PID

数字PID PID控制算法 第3章 数字PID控制算法3.1 模拟化设计方法

2012-1-15

一、模拟化设计步骤设计模拟控制器——D(s) 第1步：设计模拟控制器 第2步：选择合适的采样周期T 选择合适的采样周期T 离散化方法， 离散化， 选择合适的离散化方法 第3步：选择合适的离散化方法，将D(s)离散化，获 使两者性能尽量等效。 得数字控制器D(z),使两者性能尽量等效。 检验计算机控制系统闭环性能。 第4步：检验计算机控制系统闭环性能。若满足指标 要求，进行下一步；否则，重新进行设计。 要求，进行下一步；否则，重新进行设计。改进设计的途径有： 改进设计的途径有： –①选择更合适的离散化方法 ① –②提高采样频率 ② –③修正连续域设计，如增加稳定裕度指标等 ③修正连续域设计，

变为差分方程，在计算机上编程实现。 第5步：将D(z)变为差分方程，在计算机上编程实现。2012-1-15 2

二、采样周期的选择根据香农采样定理，系统采样频率的下限为 fs = 根据香农采样定理， 2fmax,此时系统可真实地恢复到原来的连续信号 。 从执行机构的特性要求来看， 1. 从执行机构的特性要求来看，有时需要输出信号保持 一定的宽度，采样周期必须大于这一时

数字PID调节器纯滞后的补偿算法设计

摘要

对于无滞后或滞后比较小的系统，通常采用PID控制。对于纯滞后系统，PID控制效果并不好，需要另加补偿，因此提出了Smith预估补偿控制系统。而 Smith 预估算法则在模型匹配时具有好的性能指标 ,但是由于这种算法严重依赖模型的精确匹配 ,而在实际中这是很难做到的 。

本文研究的重点是设计与实现纯滞后系统的控制过程的控制规律和控制算法，并比较传统的数字PID控制算法与加入Smith预估器的控制算法的不同。具体讨论了纯滞后系统的Smith预估器的实现方法，着重对这种控制算法进行了较深入的讨论，而且还通过仿真对设计和改进的结果进行了分析。仿真实验中，若采用PID控制算法，系统会出现较大的超调量，采用史密斯预估器补偿控制超调量大大较少，系统更加稳定。

关键字：Matlab；纯滞后；数字PID；Smith 预估控制器；Simulink

Abstract

For the system with no or less delay, usually adopts PID control. For pure delay system, PID control effect is not good, need add

工程训练——双容水箱PID控制

目 录

摘 要--------------------------------------------------------------- 2

一．PID控制原理、优越性，对系统性能的改善 -------------------------- 4

二．被控对象的分析与建模-------------------------------------------- 6

三．PID参数整定方法概述 -------------------------------------------- 8

3.1 PID控制器中比例、积分和微分项对系统性能影响分析 ------------ 8

3.1.1 比例作用----------------------------------------------- 8 3.1.2 积分作用----------------------------------------------- 9 3.1.3 微分作用----------------------------------------------- 9 3.2 PID参数的整定方法------------------------

算法设计与分析实验报告

重 庆 交 通 大 学 学 生 实 验 报 告

实验课程名称 算法设计与分析 开课实验室 数学实验室

学院 数学与统计学院 年级13 专业班 信息与计算科学2 学 生 姓 名 辜朕圆 学 号 631322020223 开 课 时 间 2015 至 2016 学年 第 1 学期

假设合理 建模求解全面 结果分析完善 文档清晰 综合成绩 教师姓名

优 优 优 优 良 良 良 良 中 中 中 中 差 差 差 差 韩逢庆 2015-2016学年 第一学期

算法设计与分析实验报告

实验报告题目 实验一 递归与分治策略

开课实验室：数学实验室 指导老师：韩逢庆 时间：2015.9 学院：理学院 专业：信息与计算科学 班级：2013级2班

姓名： 辜朕圆 学号：631322020223

一、 实验目的

1．加深学生对分治法算法设计方法的基本

成 绩：

重庆邮电大学

自动化学院综合实验报告

题 目：51系列单片机闭环温度控制实验

学生姓名：霍栋博 班 级：0811103 学 号：2011212876 同组人员：黄酉 指导教师：雷璐宁 完成时间：2014年12月

一、实验要求及分工情况 51系列单片机闭环温度控制实验

——基于Protuse仿真实验平台实现

要求：

1. 设计硬件电路：

温度检测：采用热电偶或热电阻

温度给定：采用电位器进行模拟电压给定，0——5V AD转采用12位转换

显示采用8位LED，或者LCD1602显示 键盘4X4，PID等