PID实验报告

实验题目：PID控制实验

学生姓名：学号：

区队：日期：

学科名称现代控制系统实验

实验目的 1.理解一阶倒立摆的工作机理及其数学模型的建立及简化的方法；掌握使用Matlab/Simulink软件对控制系统的建模方法；

2.通过对一阶倒立摆控制系统的设计，理解和掌握闭环PID控制系统的设

计方法；

3.掌握闭环PID控制器参数整定的方法；理解和掌握控制系统设计中稳定

性、快速性的权衡以及不断通过仿真实验优化控制系统的方法。

实验设备倒立摆实验箱、MATLAB6.5

实验原理PID控制原理分析：

由前面的讨论已知实际系统的物理模型：

Kp=30，Ki=0，Kd=0.5

60

122

.6

)

(

2-

=

s

s

G

对于倒立摆系统输出量为摆杆的角度，它的平衡位置为垂直向上的情况。系统控制结构框图如图3-37，图中KD(s)是控制器传递函数，G(s)是被控对象传递函数。

图1 PID控制结构框图

其中s

K

s

K

K

s

KD

D

I

P

+

+

=)(

此次实验只考虑控制摆杆的角度，小车的位置是不受控的，即摆杆角度的单闭环控制，立起摆杆后，会发现小车向一个方向运动直到碰到限位信号。那么要使倒立摆稳定在固定位置，还需要增加对电机位置的闭环控制，这就形成了摆杆角度和电机位置的双闭环控制。立摆后表现为电机在固定位置左右移动控制摆杆不倒。

实验步骤：

1、使用MATLAB/Simulink 仿真软件建立以下控制模型：

图2 PID 控制模块组成

2、按照PID 参数整定方法调整PID 参数，设计PID 控制器。

3、在倒立摆教学实验软件中进行PID 控制器的仿真验证。

实验结果： 1、PID 参数整定：

设置PID 控制器参数，令Kp=1，Ki=0，Kd=0，仿真得到以下图形：

012345678910

00.5

1

1.5

2

2.53

3.5

4

4.5

x 1030时间t/s 摆杆角度Kp=1，Ki=0，Kd=0

从图中看出，曲线发散，控制系统不稳定。令Kp=20，Ki=0，Kd=0，仿真得到以下图形：

0246810

00.5

1

1.5

22.533.5

4

时间t/s 摆杆角度

Kp=20，Ki=0，Kd=0

令Kp=30，Ki=0，Kd=0.5

令Kp=30，Ki=0，Kd=0.5令Kp=30，Ki=0，Kd=1

- - .

令Kp=30，Ki=0，Kd=0.5，仿真得到以下图形：