实验四.积分分离PID控制实验.doc

实验四 积分分离PID控制实验课程名称计算机控制技术班级08电气信2班指导教师曹建忠实验学生姓名邱焊萍 李竹青 陈志敏实验日期2011/10/12实验学生学号080705221 080705213080705204报告日期2011/10/191.实验原理及线路简介(1)原理如图4—1，R为输入，C为输出，计算机不断采入误差E，进行积分判别与PID运算，然后判结果是否溢出(若溢出则取最大或最小值)，最后将控制量输送给系统图4－1(2)运算原理PID控制规律为：U(t)=Kp[e(t)+ ]e(t)控制器输入；U(t)为控制器输出用矩阵法算积分，用向后差分代替微分，采样周期为T，算法为：U(K)=Kp{E(K)+[E(K)-E(K-1)]} =Kp·E(K)+[E(K)-E(K-1)]简记为：Uκ=P·Eκ+I+D·(Eκ-Eκ-1)P、I、D范围为：-0.9999～+0.9999，计算机分别用相邻三个字节存储其BCD码最低字节存符号，00H为正，01H为负中间字节存前2位小数，最高字节存末2位小数例有系数P为0.1234，I为0.04秒，D为0，则内存为表4-1所示。

表4—1 地址 内容 Tk 0240:0000H 10 H EI 0240:0001H 7F H 低字节 0240:0002H 00H 中间字节 P 0240:0003H 12H 高字节 0240:0004H 34H 0240:0005H 00H I 0240:0006H 04H 0240:0007H 00H 0240:0008H 00H D 0240:0009H 00H 0240:000AH 00H计算机存有初始化程序，把十进制小数转换成二进制小数，每个小数用两个字节表示。

在控制计算程序中按定点小数进行补码运算，对运算结果设有溢出处理当运算结果超出00H或FFH时则用极值00H或FFH作为计算机控制输出，在相应的内存中也存入极值00H与FFH积分项运算也设有溢出处理，当积分运算溢出时控制量输出取极值，相应内存中也存入极值计算机还用0240:0001H内存单元所存的值数作为积分运算判定值EI，误差E有绝对值小于EI时积分，大时不积分EI的取值范围：00H～7FH控制量Uκ输出至D/A，范围：00H～FFH，对应—5V～+4.96V，误差EI模入范围与此相同3)整定调节参数与系统开环增益可用临界比例法整定参数设采样周期为50ms，先去掉微分与积分作用，只保留比例控制，增大Kp，直至系统等幅振，记下振荡周期Tu和振荡时所用比例值Kpu，按以下公式整定参数①只用比例调节Kp=0.5Kpu(P=Kp=0.5Kpu)②用比例、积分调节(T取Tu)比例Kp=0.36Kpu(即P=Kp=0.36Kpu)积分时间TI=1.05Tu(即I==0.07Kpu)③用比例、积分、微分调节(T取Tu)比例Kp=0.27Kpu(即P=Kp=0.27Kpu)积分时间TI=0.4Tu(即I==0.11Kpu)微分时间TD=0.22Tu(即D==0.36Kpu)PID系数不可过小，因为这会使计算机控制输出也较小，从而使系统量化误差变大，甚至有时控制器根本无输出而形成死区。

这时可将模拟电路开环增益适当减小，而使PID系数变大例：PID三个系数都小于0.2，模拟电路开环增益可变为K/5，PID系数则都相应增大5倍另一方面PID系数不可等于1，所以整个系统功率增益补偿是由模拟电路实现例如若想取P=5.3，可取0.5300送入，模拟电路开环增益亦相应增大10倍4)接线与线路原理如图4-2所示8253的OUT2定时输出OUT2信号，经单稳整形，正脉冲打开采样保持器的采样开关，负脉冲启动A/D转换器 图 4-2 系统误差信号E→U14、IN；U14、OUT→U13、IN7：采样保持器对系统误差信号进行采样，将采样信号保持并输出给A/D第7路输入端IN75)采样周期T计算机8253产生定时信号，定时10ms，采样周期T为：T=Tκ×10msTκ事先送入0240:0000H单元，范围是01H～FFH，则采样周期T的范围为10ms～2550ms按Tu计算出的T如果不是10ms的整数倍，可以取相近的Tκ系数转换，8253、8255、8259初始化设置A口、B口中断地址控制准备程序等待中断及中断返回后处理程序中断申请2．实验程序流程：见图4—3 主 程 序 KP·EKD(EK·EK-1)判积分运算KP·EK +D(EK－EK-1)+ΣI·EK取极值判积分运算KP·EK +D(EK－EK-1)判溢出取极值中断返回是否是否 PID位置算法A口中断程序 图4—33．实验内容与步骤(1)按图4-2接线，用短路块将S与ST短接，S11置方波档，S12置下档，调W11使信号周期为5S，调W12约为3V。

2)在调试窗口状态下，“装入程序”TH4-1.EXE，用U0000：2000↙命令查看程序可知程序数据段段地址为0240，键入(D0240:0000↙)便可查看数据段内所存的值利用E编辑命令在该数据段的相应的内存地址中存入Tk 、EI 、KP、KI、KD(其中KI=KD=0)的初始值，如表4-1中的数据启动PID位置式算法程序（G=0000:2000↙），用示波器观察输出3)选不同的KP，直到等幅振荡，记下TU和KPU，TU填入表4—1上部或KP取0.99仍不振荡则应增大采样周期或增大模拟电路增益，增大增益可调整图4—2中电位器R)(4)根据临界比例法计算PID三参数，修改KP、KI、KD (若系数过大过小可配合改变模拟电路增益)，积分分离值EI取7FH存入0240 :0001单元，启动程序（G=0000:2000↙），用示波器测出MP、tS5)改变积分分离值EI，启动程序（G=0000:2000↙）,对照输入观察输出C，看MP、tS有无改善，并记录MP、tS6)根据PID三个系数的不同的控制作用，适当加以调整，同时可配合改变EI值，重新存入，启动程序（G=0000:2000↙），对照输入观察输出，记录MP、tS。

按上述方法重复做几次，直到使MP＜20%，tS＜1S，在表4—1中填入此时的各参数和结果7)用表4—1中的最佳PID参数，但积分分离值改为7FH并存入，在输入R为零时启动程序，将参数和结果填入表4—1中T= 05 KPU= 0.995 TU= 0.5S 表4—1 参 数项 目EIPIDMptsI用临界比例法整定参数7F0.24990.11000.35991.22sII用I栏PID参数，但EI修改300.24990.11000.35991.22sIII较佳的PID控制参数300.22430.05500.459901sIV用II栏PID参数，EI为7F7F0.22430.05500.459900.5s实验图形5.总结 了解了积分分离PID的工作原理，通过改变参数，得到不同的实验效果认识到了积分分离的过程。