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《自动控制原理》自动控制PID实验报告

课程名称自动控制原理实验类型：

实验项目名称：自动控制PID

一、实验目的和要求

1、学习并掌握利用MATLAB编程平台进行控制系统复数域和频率

域仿真的方法。

2、通过仿真实验研究并总结PID控制规律及参数对系统特性影响的

规律。

3、实验研究并总结PID控制规律及参数对系统根轨迹、频率特性影

响的规律，

并总结系统特定性能指标下根据根轨迹图、频率响应图选择PID控

制规律和参数的规则。

二、实验内容和原理

一）任务

设计如图所示系统，进行实验及仿真程序，研究在控制器分别采用比

例（

P）、比例积分（PI）、比例微分（PD）及比例积分微分（PID）控

制规律和控制器参数（Kp、Ki、Kd）不同取值时，控制系统根轨迹

和阶跃响应的变化，总结pid控制规律及参数变化对系统性能、系

统根轨迹、系统阶跃响应影响的规律。具体实验容如下：

1、比例（P）控制，设计参数Kp使得系统处于过阻尼、临界阻尼、

欠阻尼三种状态，并在根轨迹图上选择三种阻尼情况的Kp值，同

时绘制对应的阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数

Kp的变化情况。总结比例（P）控制的规律。

2、比例积分（PI）控制，设计参数Kp、Ki使得由控制器引入的开

环零点分别处于：1）被控对象两个极点的左侧；2）被控对象两个

极点之间；3）被控对象两个极点的右侧（不进入右半平面）。分别

绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定主导极点及控制器的

相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系

统性能指标随参数Kp和Ki的变化情况。总结比例积分（PI）控

制的规律。

3、比例微分（PD）控制，设计参数Kp、Kd使得由控制器引入的开

环零点分别处于：1）被控对象两个极点的左侧；2）被控对象两个

极点之间；663）被控对象两个极点的右侧（不进入右半平面）。分

别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定控制器的相应参数；

通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标

随参数Kp和Kd的变化情况。总结

比例积分（PD）控制的规律。

4、比例积分微分（PID）控制，设计参数Kp、Ki、Kd使得由控制

器引入的两个开环零点分别处于：

1）实轴上：固定一个开环零点在被控对象两个开环极点的左侧，使

另一个开环零点在被控对象的两个极点的左侧、之间、右侧（不进

入右半平面）移动。分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图

上确定主导极点及控制器的相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响

应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp、Ki和Kd的变

化情况。

2）复平面上：分别固定两个共轭开环零点的实部（或虚部），让虚部

（或实部）处于三个不同位置，绘制根轨迹图并观察其变化；在根

轨迹图上选择主导极点，确定相应的控制器参数；通过绘制对应的

系统阶跃响应曲线，确定六种情况下系统性能指标随参数Kp、Ki

和Kd的变化情况。综合以上两类结果，总结比例积分微分（PID）

控制的规律。

（二）要求

1、合理选择P、PI、PD、PID控制器参数，使开环系统极零点分布

满足实验容中的要求。通过绘图展示不同控制规律和参数变化对系

统性能的影响。根轨迹图可以单独绘制，按照不同控制规律、不同

参数将阶跃响应绘制于同一幅面中。

2、通过根轨迹图确定主导极点及参数值，根据阶跃响应曲线确定系

统性能指标并列表进行比较，总结控制器