实验三+调节器参数的影响概要.docx
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实验三+调节器参数的影响概要
实验三调节器参数整定及整定参数值对系统性能指标的影响
一、实验目的：
1．掌握PID控制参数的变化对系统性能指标的影响；
2．掌握PID调节器参数整定方法；
3．掌握根据过渡过程曲线调整P、I、D参数以达到最佳；
二、实验内容：
对如下图所示的单回路控制系统进行仿真：
X（S）Y（S）
-
进入仿真环境，建立如下仿真系统：
这是一个由二阶被控过程和PID调节器组成的仿真系统。
每个环节的参数可自行选定。
由于本实验主要研究PID参数的变化对控制系统的影响，所以对象的参数一经确定，在本实验中不要再变动。
对系统分别施加Stepinput给定值阶跃扰动和Step1input负荷扰动，调节PID参数，观察PID参数的变化对控制系统的影响。
建模具体步骤见实验二。
（一）给定值扰动：
设置给定值阶跃扰动Stepinput为某一值，设外部干扰Step1input为0，如下表所示：
Stepinput
Step1input
Steptime
1
1
Initialvalue
0
0
Finalvalue
C（C为常数）
0
如何修改
见实验二。
逐一修改PID的三个参数，观察过渡过程曲线的变化。
双击
模块出现如下对话框：
反复修改P，I，D参数，记录每次变化所引起的过渡过程曲线的变化。
最终使过渡过程出现4：
1衰减振荡曲线。
（如图）
（二）负荷扰动
设置给定值阶跃扰动Stepinput为0，设外部干扰Step1input为某一值，如下表所示：
Stepinput
Step1input
Steptime
1
1
Initialvalue
0
0
Finalvalue
0
C（C为常数）
反复修改P，I，D参数，记录每次变化所引起的过渡过程曲线的变化。
最终使过渡过程出现4：
1衰减振荡曲线。
（如图）
（三）调节器参数整定
把仿真系统中对象的传递函数变为三阶或以上，分别用衰减曲线法和稳定边界法整定调节器参数。
三、实验分析：
1．分析实验中用到的PID各参数和课程中讲到的有什么不同？
课件中讲到的是完全理论性的，实际往往与理论不是完全相符，总有偏差，总有各种外部的干扰。
2．总结PID参数变化对控制质量的影响
当Kp,Ki和Kd在变化±20%，±50%时，会引起系统其各方面性能变化较大，其中当参数增大时衰减率会减小，响应速度加快，但超调会有所增加，兼顾各方面性能，所选定参数综合性能良好。
比例参数Kp对系统的动态性能和稳态性能均有影响：
Kp增大，将使系统响应速度加快，调节时间加长；Kp太小则会使系统的响应速度太慢。
此外在系统稳定的前提下，加大Kp可以减少稳态误差，但不能消除稳态误差。
因此Kp主要作用是改变系统的动态性能。
积分对系统的性能也有很大影响，而且会影响到系统的稳定性，Ki过大，会造成系统不稳定，且振荡次数较多；积分环节最大的特点是可以消除稳态误差，提高系统的控制精度，但在仿真的过程中发现，当Ki太小时，积分控制作用太弱，不能消除残差。
微分参数Kd对系统的动态性能和稳态性能也均有影响：
微分环节的加入，可以在误差出现或变化瞬间，按偏差变化的趋向进行控制。
它引进一个早期的修正作用，有助于增加系统的稳定性。
Kd增大即微分作用的增强还可以改善系统的动态特性，如可以明显减少超调量，缩短调节时间等，提高控制精度。
但Kd值偏大都会适得其反。
此外微分作用可能会放大系统的噪声，降低系统的抗干扰能力。
3．说明PID调节器参数整定过程。
确定参数、设计控制器、阀选取、测量变送
实验四单回路控制系统设计
一、目的
1测试系统性能指标
当给定值或对象介质阶跃扰动时，掌握测试控制系统的过渡过程曲线方法并计算其性能指标。
2PID的参数影响
测试并分析不良的P、I、D参数对控制系统性能指标的影响，掌握人工整定PID参数的方法。
3调节器的使用
熟悉调节器的参数设置和手动、自动的操作方法。
二、实验装置和设备
（1）QXLPC-IV型小型过程控制实验装置，（如图1所示）。
（2）S7200系列PLC（主机CPU222CN8点input，6点output；扩展单元EM2354AI,1AO）。
（3）执行器：
MICROMASTER420型变频器以及160Q-8F磁动泵；晶闸管SCR。
（4）压力变送器、液位变送器、Pt100铂电阻和数显温度变送仪、涡轮流量计和数显流量变送仪。
（5）QXLPC-IV型小型过程控制实验装置。
（6）安装有软件STEP7-MicroWIN的PC机。
三、内容与步骤
1.按对应的流程图的要求接线,对外围设备进行选择。
用变频器作执行器去控制液位时，出水手阀V22应开启一半左右；而控制压力、流量时，出水阀V22应全开。
电磁阀VD1不通电处于关闭状态；并联手筏V1应开启（V1和VD1至少有一个开启才能启动泵）。
若实验中要用VD1进行对象扰动，则开关量选择开关置于PLC，VD1的并联手阀VI开启一半左右。
没有温度调节的实验，不要接通“加热”开关！
若要做温度调节实验，要等锅炉水位＞100mm（20%）后才能接通“加热”开关。
2.PG/PC接口设置
1）双击指令树“设置PG/PC接口”图标，在打开的对话框中设置编程计算机的“PC/PPICable（PPI）”的属性。
设地址为2其它的选择默认设置，本地连接采用COM1端口。
2）双击指令树文件夹“通信”图标，双击刷新设备后,程序软件将会自动搜索连接在网络上的S7-200,之后选择所显示的S7-200,建立PC机与PLC之间的连接。
3.将“全部实验”下载到PLC中并开始运行，且关闭该界面。
4.接通操作台的电源，1分钟后将变频器的使能开关从“0”切到“1”，水泵启动，调节变频器内给定电位器，观察调节仪或电脑的压力测量值，使压力值在合适的范围内。
此后可进行实验操作（略）。
5.打开组态王
首先在桌面上双击组态王的图标,在跳出的如下界面中选择运行。
鼠标点击进入系统,在下面的界面中选择实验四。
注意:
在选择实验前请先确认接线和外围设备的选择是否正确!
5.在跳出的界面中先进行手动调节
当PV值到达需要给定的值10%附近的时候点手动切换到自动模式.
要求
（一）：
调节器投入自动并分别进行给定值的正、反向阶跃扰动，同步记录自动（闭环）系统中的被调参数——液位的过渡过程曲线，分别求解系统的时域类性能指标：
（1）衰减比n=Y1/Y3，
（2）超调量σ=Y1/Y（∞）*100%，（3）残余偏差e（∞）=SV—PV（∞），（4）调节时间ts。
要求
（二）：
修改P、I、D参数，使输出尽可能成为4:
1衰减曲线。
6．曲线显示
参数修改：
30.60.55
加扰动中间曲线起伏
改参数：
510.055
也可以打开表格，来直接分析曲线
A列表示在X轴上的坐标（单位：
秒），B列表示曲线在Y轴上的坐标，Index=0表示第一条曲线，Index=1表示第二条曲线，依次类推。
七、参考资料
[1]施仁.自动化仪表与过程控制[M].电子工业出版社.北京.2011
[2]被控对象数学模型的实验测定实验指导书。
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