[发明专利]一种模拟PID控制的教学装置及使用方法

权利要求书

1.一种模拟PID控制的教学装置，其特征在于，包括平衡杠杆、状态反馈装置和PID控制器，所述平衡杠杆的一端设置有扰动装置，所述平衡杠杆的另一端设置有平衡扰动装置，所述状态反馈装置与所述PID控制器信号连接，所述PID控制器与所述平衡扰动装置电连接，所述扰动装置用于施加扰动，所述平衡扰动装置用于平衡所述扰动装置施加的扰动。

2.根据权利要求1所述的一种模拟PID控制的教学装置，其特征在于，所述扰动装置为托盘，所述托盘内设置有砝码。

3.根据权利要求1所述的一种模拟PID控制的教学装置，其特征在于，所述平衡扰动装置为电风扇，所述电风扇的转速由所述PID控制器控制。

4.根据权利要求1所述的一种模拟PID控制的教学装置，其特征在于，所述状态反馈装置为编码器，所述编码器位于所述平衡杠杆的中间位置，所述编码器与所述平衡杠杆轴连接，所述编码器用于将所述平衡杠杆的偏移角度反馈给所述PID控制器。

5.根据权利要求1所述的一种模拟PID控制的教学装置，其特征在于，所述PID控制器包括触摸屏，用于调节PID控制器的参数。

6.一种模拟PID控制的教学装置的使用方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1所述的教学装置，包括如下步骤：

S1，调节所述教学装置，使所述教学装置处于初始平衡状态；

S2，通过所述扰动装置对初始平衡状态施加扰动，使所述教学装置处于不平衡状态；通过PID控制器调节所述平衡扰动装置，使所述教学装置重新处于平衡状态；

S3，分别改变PID控制器的P参数、I参数和D参数，重复S2，观察PID控制器的P参数、I参数和D参数对PID控制过程的影响。

7.根据权利要求6所述的一种模拟PID控制的教学装置的使用方法，其特征在于，S1所述调节教学装置，使所述教学装置处于初始平衡状态的具体步骤包括：

S11、向所述托盘中放一个所述砝码，所述托盘和所述砝码为所述教学装置的扰动装置；

S12、给所述电风扇通上一定的电流，使所述电风扇转动；并调节电流使所述编码器的输出角度为0，使所述教学装置处于初始平衡状态；所述电风扇为所述教学装置的平衡扰动装置。

8.根据权利要求6所述的一种模拟PID控制的教学装置的使用方法，其特征在于，S2所述通过扰动装置对初始平衡状态施加扰动，使装置处于不平衡状态的具体方法为向所述托盘中添加所述砝码或从所述托盘中取出所述砝码，所述托盘和所述砝码为所述教学装置的扰动装置。

9.根据权利要求6所述的一种模拟PID控制的教学装置的使用方法，其特征在于，S2通过PID控制器的自动调节所述平衡扰动装置，使所述教学装置重新处于平衡状态的具体步骤包括：

S21、所述PID控制器接收所述编码器反馈的所述平衡杠杆的偏移角度；

S22、所述PID控制器根据所述平衡杠杆的偏移角度，改变所述电风扇的电流，进而改变电风扇的速度；

S23、重复S22，直到所述编码器反馈的所述平衡杠杆的偏移角度为0，所述实验装置处于新的平衡状态。

10.根据权利要求6所述的一种模拟PID控制的教学装置的使用方法，其特征在于，S3所述改变PID控制器的参数的具体步骤包括：

S31、通过所述触摸屏改变PID控制器的P参数，观察P参数的变化对处于新的平衡状态时所述电风扇的速度变化量和所述编码器输出角差值关系的影响；

S32、通过所述触摸屏改变PID控制器的I参数，观察P参数的变化对平衡状态恢复时间的影响；

S33、通过所述触摸屏改变PID控制器的D参数，观察D参数的变化，对超调现象的影响。