[發明專利]一種模擬PID控制的教學裝置及使用方法

在審

• 申請號: 201710321225.0
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN106910378A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 朱俊;陳志明;鄭玉柱;嵇明軍
• 申請（專利權）人: 常州信息職業技術學院
• 主分類號: G09B5/02
• 分類號: G09B5/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所11569
• 代理人: 王加貴

1.一種模擬PID控制的教學裝置，其特征在于，包括平衡杠桿、狀態反饋裝置和PID控制器，所述平衡杠桿的一端設置有擾動裝置，所述平衡杠桿的另一端設置有平衡擾動裝置，所述狀態反饋裝置與所述PID控制器信號連接，所述PID控制器與所述平衡擾動裝置電連接，所述擾動裝置用于施加擾動，所述平衡擾動裝置用于平衡所述擾動裝置施加的擾動。

2.根據權利要求1所述的一種模擬PID控制的教學裝置，其特征在于，所述擾動裝置為托盤，所述托盤內設置有砝碼。

3.根據權利要求1所述的一種模擬PID控制的教學裝置，其特征在于，所述平衡擾動裝置為電風扇，所述電風扇的轉速由所述PID控制器控制。

4.根據權利要求1所述的一種模擬PID控制的教學裝置，其特征在于，所述狀態反饋裝置為編碼器，所述編碼器位于所述平衡杠桿的中間位置，所述編碼器與所述平衡杠桿軸連接，所述編碼器用于將所述平衡杠桿的偏移角度反饋給所述PID控制器。

5.根據權利要求1所述的一種模擬PID控制的教學裝置，其特征在于，所述PID控制器包括觸摸屏，用于調節PID控制器的參數。

6.一種模擬PID控制的教學裝置的使用方法，其特征在于，所述方法應用于如權利要求1所述的教學裝置，包括如下步驟：

S1，調節所述教學裝置，使所述教學裝置處于初始平衡狀態；

S2，通過所述擾動裝置對初始平衡狀態施加擾動，使所述教學裝置處于不平衡狀態；通過PID控制器調節所述平衡擾動裝置，使所述教學裝置重新處于平衡狀態；

S3，分別改變PID控制器的P參數、I參數和D參數，重復S2，觀察PID控制器的P參數、I參數和D參數對PID控制過程的影響。

7.根據權利要求6所述的一種模擬PID控制的教學裝置的使用方法，其特征在于，S1所述調節教學裝置，使所述教學裝置處于初始平衡狀態的具體步驟包括：

S11、向所述托盤中放一個所述砝碼，所述托盤和所述砝碼為所述教學裝置的擾動裝置；

S12、給所述電風扇通上一定的電流，使所述電風扇轉動；并調節電流使所述編碼器的輸出角度為0，使所述教學裝置處于初始平衡狀態；所述電風扇為所述教學裝置的平衡擾動裝置。

8.根據權利要求6所述的一種模擬PID控制的教學裝置的使用方法，其特征在于，S2所述通過擾動裝置對初始平衡狀態施加擾動，使裝置處于不平衡狀態的具體方法為向所述托盤中添加所述砝碼或從所述托盤中取出所述砝碼，所述托盤和所述砝碼為所述教學裝置的擾動裝置。

9.根據權利要求6所述的一種模擬PID控制的教學裝置的使用方法，其特征在于，S2通過PID控制器的自動調節所述平衡擾動裝置，使所述教學裝置重新處于平衡狀態的具體步驟包括：

S21、所述PID控制器接收所述編碼器反饋的所述平衡杠桿的偏移角度；

S22、所述PID控制器根據所述平衡杠桿的偏移角度，改變所述電風扇的電流，進而改變電風扇的速度；

S23、重復S22，直到所述編碼器反饋的所述平衡杠桿的偏移角度為0，所述實驗裝置處于新的平衡狀態。

10.根據權利要求6所述的一種模擬PID控制的教學裝置的使用方法，其特征在于，S3所述改變PID控制器的參數的具體步驟包括：

S31、通過所述觸摸屏改變PID控制器的P參數，觀察P參數的變化對處于新的平衡狀態時所述電風扇的速度變化量和所述編碼器輸出角差值關系的影響；

S32、通過所述觸摸屏改變PID控制器的I參數，觀察P參數的變化對平衡狀態恢復時間的影響；

S33、通過所述觸摸屏改變PID控制器的D參數，觀察D參數的變化，對超調現象的影響。