一、實驗目的
1．研究pid控制器的引數對系統穩定性及過渡過程的影響。
2．研究取樣週期t對系統特性的影響。
3．研究i型系統及系統的穩定誤差。
二、實驗儀器
1．el-at-iii型計算機控制系統實驗箱一台
2．pc計算機一台
三、實驗內容
1．系統結構圖如3-1圖。
圖3-1 系統結構圖
圖中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．開環系統（被控制物件）的模擬電路圖如圖3-2和圖3-3，其中圖3-2對應gp1（s）,圖3-3對應gp2（s）。
圖3-2 開環系統結構圖1圖3-3開環系統結構圖2
3．被控物件gp1（s）為「0型」系統，採用pi控制或pid控制，可系統變為「i型」系統，被控物件gp2（s）為「i型」系統，採用pi控制或pid控制可使系統變成「ii型」系統。
4．當r（t）=1（t）時（實際是方波），研究其過渡過程。
5．pi調節器及pid調節器的增益
gc（s）=kp（1+k1/s）
kpk1(（1/k1）s+1) /s
k(tis+1)/s
式中k=kpki , ti=（1/k1）
不難看出pi調節器的增益k=kpki，因此在改變ki時，同時改變了閉環增益k，如果不想改變k,則應相應改變kp。採用pid調節器相同。
6．「ii型」系統要注意穩定性。對於gp2（s）,若採用pi調節器控制，其開環傳遞函式為
g（s）=gc（s）·gp2（s）
k（tis+1）/s·1/s（0.1s+1）
為使用環系統穩定，應滿足ti>0.1，即k1<10
7．pid遞推演算法如果pid調節器輸入訊號為e（t），其輸送訊號為u（t）,則離散的遞推演算法如下：
u（k）=u（k-1）+q0e（k）+q1e（k-1）+q2e（k-2）
其中 q0=kp（1+kit+（kd/t））
q1=－kp（1+（2kd/t））
q2=kp（kd/t）
t--取樣週期
四、實驗步驟
1.連線被測量典型環節的模擬電路(圖3-2)。電路的輸入u1接a/d、d/a卡的da1輸出，電路的輸出u2接a/d、d/a卡的ad1輸入。檢查無誤後接通電源。
2.啟動計算機，雙擊桌面「計算機控制實驗」快捷方式，執行軟體。
3.測試計算機與實驗箱的通訊是否正常,通訊正常繼續。如通訊不正常查詢原因使通訊正常後才可以繼續進行實驗。
4. 在實驗專案的下拉列表中選擇實驗三[數字pid控制], 滑鼠單擊滑鼠單擊按鈕，彈出實驗課題引數設定視窗。
5.輸入引數kp, ki, kd（參考值kp=1, ki=0.02, kd=1）。
6.引數設定完成點選確認後觀察響應曲線。若不滿意，改變kp, ki, kd的數值和
與其相對應的效能指標p、ts的數值。
7.取滿意的kp,ki,kd值，觀查有無穩態誤差。
8.斷開電源，連線被測量典型環節的模擬電路(圖3-3)。電路的輸入u1接a/d、d/a卡的da1輸出，電路的輸出u2接a/d、d/a卡的ad1輸入，將純積分電容的兩端連在模擬開關上。
檢查無誤後接通電源。
9.重複4-7步驟。
10.計算kp，ki，kd取不同的數值時對應的p、ts的數值，測量系統的階躍響應曲線及時域效能指標，記入表中：
圖1圖2
圖3圖4
圖5五、實驗報告
1．畫出所做實驗的模擬電路圖。
2．當被控物件為gp1（s時）取過渡過程為最滿意時的kp, ki, kd,畫出校正後的bode圖，查出相穩定裕量和穿越頻率c。
3．總結一種有效的選擇kp, ki, kd方法，以最快的速度獲得滿意的引數。
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