PC 机一台，TD-ACC+实验系统一套
实验内容
用临界比例带法整定PID控制器参数及积分分离值的模拟实验选取。
实验原理
1．原理
如图5—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。
P R + E + + I + – D ?TSC 501?e (0.2S?1)(0.25S?1)S 图5—1
de(t)]。
0dte（t）为控制器输入；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：
PID控制规律为：
1U(t)?KP[e(t)?TI? te（t）?TU(t)?KP{E(K)?TI?E(i)?i?1KKTD[E(K)?E(K?1)]}TK?T?KP?E(K)?PTIKKP?TDE(i)?[E(K)?E(K?1)]?Ti?1i
简记为：UK?P?EK?I?Ei?1?D?(EK?EK?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。
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相应的极值00H或FFH。
积分运算也设有溢出处理，当积分运算溢出时控制量输出极值，相应内存中也存入极值。计算机还用2F00H内存单元所存的数值作为积分运算判定值EI，误差E的绝对值小于EI时积分，大时不积分。EI的取值范围：00H~7FH。
控制量UK输出至D/A，范围：00H~FFH，对应–5V~+4.96V ，误差E模入范围与此
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相同。
2．定调节参数与系统开环增益
可用临界比例带法整定参数。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，直至系统等幅振荡，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。
T取TU 比例KP?0.27KPU（即P?0.27KPU）
积分时间TI?0.4TU（即 I?16KP?T?0.11KPU） TI微分时间TD?0.22TU（即D?KP?TD?0.36KPU） TPID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。
3．接线与线路原理
图5—2
4．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=TK×10ms
TK事先送入2F60H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TK。
实验步骤
1．按图5—2接线，模拟电路部分与计算机部分分开连接，待模拟部分参数整定好后
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再连接。先整定第一个惯性环节，使得时间常数、放大倍数符合数学模型要求，第二个惯性环节，同样使得参数达到要求。
2．打开最小拍程序C:\\shiyan\\jffl.asm。 3．编译、链接、加载程序。
4．信号源置阶跃信号，信号长度为5S、幅值为2.5V。
5．程序开头的数据赋值语句修改KP，开始时可任取，如取KP=0.6。 6．运行程序，用虚拟示波器观察输出。
7．选不同的KP，重复5、6，直至等幅振荡，记下TU与KPU，TU填入表5—1上部。（如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5—2中500K电阻）。
8．根据临界比例带法计算PID三参数，对程序开头的数据赋值语句进行修改，积分分离值EI取7FH，在输入R为零时启动程序，对照输入R观察输出C，用示波器测出MP、ts。
9．改变积分分离值EI，对程序开头的数据赋值语句进行修改，在输入为零时重新启动程序，对照输入R观察输出C，看Mp、ts有无改善，并记录Mp、ts参数。
10．根据PID三个系数的不同控制作用，适当加以调整，同时可配合改变EI值，在输入为零时启动程序，对照输入R观察输出C。记录Mp、ts参数值。
11．按上述方法重复做几次，直到使M p < 20% ，ts < 1S，在表5—1Ⅲ栏中填入此时所用各参数与结果。
12．用表5—1Ⅲ栏PID参数，但积分分离值改为7FH，在输入R为零时启动程序，将参数与结果填入表5—1Ⅳ栏内。
T= 05H K pu= T u=
表5—1
参 数 项 目 Ⅰ用临界比例法整定参数 Ⅲ较佳的PID控制参数 EI 7F P I D Mp ts Ⅱ用Ⅰ栏PID参数，但EI修改 30 Ⅳ用Ⅲ栏PID参数，EI为7FH 7F
预习报告要求
1．熟悉积分分离PID算法及用临界比例带法整定参数的理论方法。 2．写出预习报告，并在预习报告中回答思考题。
思考题
1. 当积分判定值取最大值时，还是积分分离式控制吗？若取最小呢？ 2. 试分析比例控制、微分控制、积分控制在系统中的控制作用。
实验报告要求
1．整理实验数据，总结程序调试过程。
2．对实验结果进行分析，是否与理论计算相一致。
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3．对实验提出改进。
实验六 大林算法控制
实验目的
1．掌握大林算法的D（Z）设计。
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2．了解振铃的产生并掌握大林算法消除振铃的方法。
实验设备
PC 机一台，TD-ACC+实验系统一套
实验内容
1. 对给出的带纯滞后的模拟对象，针对阶跃输入进行大林算法的D（Z）设计，观测系统输出及控制器输出波形。
2. 观察控制器输出振铃现象并修改D（Z）直至消除。
实验原理
对于一些工业中大量存在有纯滞后特性的系统，用PID控制效果不好，采用大林算法效果较好。实验模拟了含有纯滞后一个采样周期T的系统，D（Z）算法是同用形式，对于可能出现的控制输出振铃现象，可以修改D（Z）去消除。
1. 实验对象
如图6—1，滞后一拍由采样保持器延时一拍输入模拟量实现。
?TS R + 1?e?TSC 10eD(Z) SS?1 -
图6—1
采样周期T=0.2S，大林算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数Φ（s） ，
e?TS相当于一个纯滞后环节和一个惯性环节相串联，即：?(S)?。式中?=0.1秒。
?S?12. D（Z）算法
E（Z）为计算机输入，U（Z）为输出，有：
U(Z)K0?K1Z?1?K2Z?2?K3Z?3? D(Z)? （6-1） E(Z)1?P1Z?1?P2Z?2?P3Z?3式中Ki与Pi取值范围：–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K0??0.1234，则程序中数据段定义语句为：K0 DB 01H，12H，34H。
程序运行时转换为二进制模2定点小数。注意，D（Z）中缺项相当于系数为零，应在相应内存三字节全存入00H。
将D（Z）式写成差分方程，则有：
UK?K0EK?K1EE?1?K2EK?2?K3EK?3?P1UK?1?P2UK?2?P3UK?3 式中EK ~ EK-3，误差输入；UK ~ UK-3 ，计算机输出。
计算机运算还设有溢出处理，当计算机控制输出超过00H~FFH时（对应于模拟量-5V~+5V），则计算机输出相应的极值00H或FFH，同时在相应的内存单元也存入极值。
3. 采样周期T
8088微机的8253产生定时信号，定时10ms，采样周期T为： T=TK×10ms
对应范围：10ms~2550ms。实验取T=0.2S=20×10ms，TK=20=14H。 4. 接线（如图6—2所示）
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