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1、本科实验报告填写说明 1 学员完成人才培养方案和课程标准要所要求的每个实验后，均须提交实验报告。2实验报告封面必须打印，报告内容可以手写或打印。3实验报告内容编排及打印应符合以下要求：（1）采用 A4（21cm29.7cm）白色复印纸，单面黑字打印。上下左右各侧的页边距均为 3cm；缺省文档网格：字号为小 4 号，中文为宋体，英文和阿拉伯数字为 Times New Roman，每页 30 行，每行 36 字；页脚距边界为 2.5cm，页码置于页脚、居中，采用小 5 号阿拉伯数字从 1 开始连续编排，封面不编页码。（2）报告正文最多可设四级标题，字体均为黑体，第一级标题字号为 4 号，其余各级标
2、题为小 4 号；标题序号第一级用“一、”、“二、”，第二级用“（一）”、“（二）”，第三级用“1.”、“2.”，第四级用“（1）”、“（2）”，分别按序连续编排。（3）正文插图、表格中的文字字号均为 5 号。欢迎下载 2 一、实验目的 1能够建立和使用 MATLAB 平台的 Simulink 仿真环境；2能够进行数字 PID 控制的计算；3能够进行数字 PID 控制的参数整定；4能够描述大延迟被控对象对 PID 控制的影响。二、实验内容 给定：被控对象为，为一小纯滞后对象，输入为单位阶 跃信号 r(t)1(t)。要求：应用扩充临界比例度法整定数字 PID 控制器的四个控制参数：采样周期T、比例
3、系数 p k、积分时间常数 i T、微分时间常数 d T，并从图形上计算上升时间 r t、超调量 p M 以及调整时间 s t。控制度选为 1.05，数字比例控制的采样周期为 min T=0.02s，仿真时间为 10s。（1）用 MATLAB 的仿真工具 Simulink 进行参数整定并仿真，其框图为 注意：Simulink 中的离散环节都自带有采样器（输入端）和零阶保 持器（输出端）；后缀为 m 命令文件名不能与后缀为 mdl 仿真框图文件 名相同，否则 m 文件不会执行。（2）如果被控对象为 大纯滞后对象。请重复上述步骤，并比较两个被控对象 PID 控制器的控制效果。控制度选为 1.05，
4、数字比例控制的采样周期为 min T=0.1s，仿真时间为 100s。（3）现在参考输入改为方波信号，幅值为 1，周期为 2 秒（20 秒），占空比为 欢迎下载 3 50%，查看上述两个不同被控对象的闭环控制系统输出的跟踪效果。三、实验设计 写出自己的设计思路；画出电路图；画出流程图。四、实验器材 MATLAB 矩阵实验室 2013a，WINDOWS7 环境。五、实验步骤 1对小延迟被控对象进行参数整定（1）数字比例控制 利用 Simulink 画出 PID 数字比例控制方框图，如下图所示。控制器仅为数字比例控制，数字比例控制的采样周期为 mi n T=0.02s，仿真时间为 10s。（2）求
5、临界增益 cr k、临界周期 cr T 从零开始增加 p k 值，直到系统输出出现等幅振荡，此时 p k 值记为 cr k，相应的振荡周期 cr T 记为临界周期。（3）查表计算 欢迎下载 4 示波器选择控制度为 1.05，查表确定 PID 参数值 T、p k、Ti、Td；编写 PID 参数计算 m 文件，计算出 b0,b1,b2。m 程序如下。Kcr=？;Tcr=？;T=0.014*Tcr;%原始值 kp=0.63*Kcr;Ti=0.49*Tcr;Td=0.14*Tcr;ki=kp*T/Ti;kd=kp*Td/T;b0=kp+ki+kd;b1=-(kp+2*kd);b2=kd;（4）观察控制
6、效果 利用 Simulink 画出 PID 数字控制方框图，如下图所示。运行 PID 控制，观察控制效果（上升时间、超调量、调整时间）。（4）微调参数 微调参数 p k、Ti、Td，使控制效果更满意。（5）跟踪方波 现在参考输入改为方波信号，幅值为 1，周期为 2 秒，占空比为 50%，查看控制系统输出的跟踪效果。如下图所示。欢迎下载 5 2对大延迟被控对象 进行参数整定，重复上述步骤。数字比例控制的采样周期为 mi n T=0.1s，仿真时间为 100s。方波信号，幅值为 1，周期为 20 秒，占空比为 50%。六、实验数据 Kcr=8.12 Tcr=1.65 参数整定：跟踪方波：七、实验分
7、析 欢迎下载 6 欢迎下载 7。八、问题与建议 1、在做第一个实验时需要调制系统至等幅振荡的图像输出，在调节时，应当注意使用放大工具，载波等幅振荡情况更为准确。整定 KP 时选用二分查找的思路要快捷很多。2、在整定 PID 参数和跟踪方波实验时，要注意调整三个参数的方法，应当是根据参数对图像的影响趋势调整，而不是随意选取值。九、源程序*.m Kcr=8.12;Tcr=1.65;T=0.014*Tcr;%原始值 kp=0.68*Kcr;Ti=0.90*Tcr;欢迎下载 8 Td=0.02*Tcr;ki=kp*T/Ti;kd=kp*Td/T;b0=kp+ki+kd;b1=-(kp+2*kd);b2=kd;