单回路控制系统参数整定文档格式.docx

1、2 掌握 PID 参数对控制品质影响规律；3 运用相应软件开发单回路控制系统整定程序。1 学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法；2 开发单回路控制系统 PID 参数整定程序；3 寻找不同 PID 参数对控制品质影响规律。序号设计内容完成时间备注1学习控制系统参数整定方法一天2开发、调试 PID 参数整定程序三天3总结并撰写设计报告四、 设计成果要求1 阐明基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法的基本原理；2 完整的、可运行的单回路控制系统 PID 参数整定程序；3 验证整定的 PID 参数下的控制效果， 给出控制曲线图， 同时给出其它 PID 参数下 的控制曲线图，总结不同

2、PID 参数对控制品质影响规律。2 设计答辩。二、设计（实验）正文1. 学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法；1）经验法内容：经验法实际是一种试凑法， 是在生产实践中总结出来的参数整定法， 该法在现场中得到 了广泛的应用。利用经验法对系统的参数进行整定时，首先根据经验设置一组调节器参数， 然后将系统投入闭环运行， 待系统稳定后作阶跃扰动试验， 观察调节过程； 若调节过程不满 足要求，则修改调节器参数，再作阶跃扰动试验，观察调节过程；反复上述试验，直到调节 过程满意为止。实验步骤：（1）首先将调节器的积分时间 Ti 置最大，微分时间 Td 置最小，根据经验设置比例带 的数值， 完成后

3、将系统投入闭环运行， 待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察调节过程，若 过渡过程有希望的衰减率则可，否则改变比例带的值，重复上述试验，直到满意为止；（2）将调节器的积分时间 Ti 由最大调整到某一值， 由于积分作用的引入导致系统的稳 定性下降， 因而应将比例带适当增大，一般为纯比例作用的 1.2 倍。系统投入闭环运行，待 系统稳定后，作阶跃扰动试验， 观察调节过程，若过渡过程有希望的衰减率则可， 否则改变 积分时间 Ti 的值，重复上述试验，直到满意为止；（3）将调节器的微分时间由小到大调整到某一数值，系统投入闭环运行，待系统稳 定后，作阶跃扰动试验，观察调节过程，修改微分时间重复试验，直到满意为

4、止；2）临界比例带法临界比例带法又称边界稳定法， 首先将调节器设置成纯比例调节器， 然后系统闭环投入 运行， 将比例带由大到小改变， 观察系统输出，直到系统产生等幅振荡为止。记下此状态下 的比例带数值（即为临界比例带 k ）和振荡周期 Tk，然后根据经验公式计算调节器的其它 参数。（1）将调节器的积分时间 Ti 置于最大，微分时间 Td置最小，即 Ti ， Td0；置 比例带为一个较大的值；（2）系统闭环投入运行， 待系统稳定后调整比例带的数值直到出现等幅振荡。 记录并 计算临界状态下临界比例带 cr 和振荡周期 Tcr ，根据表 21 计算调节器的参数；（3）根据 cr 和 Tcr, 由计算

5、公式求得控制器的各个参数。（4）将调节器按计算出的参数设置好， 系统闭环投入运行， 待系统稳定后作阶跃扰动试 验，观察系统的调节过程，适当修改参数，直到满意为止。临界比例带法计算公式：控制规律TiTdP2crPI2.2 cr0.85TcrPID1.7 cr0.5Tcr0.125Tcr3）衰减曲线法衰减曲线法是在临界比例带法的基础上发展起来的， 它既不象经验法那样要经过大量 的试凑过程， 也不象临界比例带法那样要求系统产生临界振荡过程。 它是利用比例作用下产 生的 4:1 衰减振荡（ 0.75 ）过程时的调节器比例带 s及衰减周期 Ts，或 10:1 衰减振 荡（ 0.9 ）过程时的调节器比例带

6、 s及过程上升时间 tr ，根据经验公式确定调节器的 参数。（1）置调节器参数 Ti ， Td0，比例带为一个较大的值，将系统投入闭环运行；（2）待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察控制过程。若大于要求的数值，则逐步减 小比例带并重复试验， 直到出现 0.75 或 0.9 的控制过程为止， 并记下此时的比例 带 s；（3）根据控制过程曲线求取 0.75 衰减周期 Ts 或 0.9 时的上升时间 tr ；（4）计算调节器的参数、 Ti 、Td。（5）按计算结果设置调节器的参数，作阶跃扰动试验，观察调节过程，适当修改调节 参数，直到满意为止。衰减曲线法计算公式：规律s0.751.2s0.5Ts0.1.

7、22tr0.8s0.3Ts0.1Ts9s0.8t r0.4t r0.84）响应曲线法1）.PID 控制原理常规 PID控制系统主要由 PID 控制器和被控对象组成。PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值 r（t） 与实际输出值 y（t） 构成控制偏差e（t） ，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量 u（t） ，对被控对象进行控制。 控制器的输出和输入之间的关系可描述为：式中， KP 为比例系数， Ti 为积分时间常数， Td 为微分时间常数。2）MATLAB编程实现1 设被控对象的数学模型为 G0（s）0 0. 8S3 1. 7S 2 2S 1反馈环节为单位负反馈。（1）置调节

8、器参数 Ti ， Td 0，比例带 k 为一个较大的值，将系统投入闭环运行；（2）系统闭环投入运行，待系统稳定后调整比例带 k 的数值直到出现等幅振荡。记录 并计算临界状态下临界比例带 cr 和振荡周期 Tcr 。被控对象阶跃响应：G0=tf（1,0.8,1.7,2,1）;G=feedback（G0,1）;step（G）title（ 被控对象阶跃响应 ）;grid on;0.7被控对象阶跃响应调节 Kp, 直至出现等幅震荡。 P=3.25;axis（0 25 0 1.5）; % figure; hold on G=feedback（P*G0,1）; step（G） grid on;Step R

9、esponseTime （seconds）记录此时 cr=1/3.25,Tcr=6.32-2.41=3.51s 。= 1.7 cr=52.3% ， Ti=0.5Tcr=1.775s,Td=0.125Tcr=0.44s 。（4）将调节器按计算出的参数设置好，系统闭环投入运行，待系统稳定后作阶跃扰动试 验，观察系统的调节过程，适当修改参数，直到满意为止。整定后阶跃响应曲线：Kp=1.91;Ti=1.775;Td=0.44; Gc=tf（Kp*Ti*Td,Ti,1,Ti,0）; axis（0 25 0 1.5）; %figure; hold onG=feedback（Gc*G0,1）;p1.41.2

10、0.80.60.40.210152025适当调整参数， = 50%， Ti=2,Td=0.6s0 0246810 12 14edutilpm3）. PID 控制器参数对控制性能的影响（1）K 取不同值时的阶跃响应Kp=2:0.5:4; Ti=2; Td=0.6; figure; hold on for i=1.9:length（Kp）Gc=tf（Kp（i）*Ti*Td,Ti,1,Ti,0）;G=feedback（G0*Gc,1）;endgrid on（2）Ti 取不同值时的阶跃响应Kp=2; Ti=1:3;t=0:0.1:20;for i=1:length（Ti）Gc=tf（Kp*Ti（i）*

11、Td,Ti（i）,1,Ti（i）,0）;1.50.5（3）Td 取不同值时的阶跃响应 Td=0.2:0.2:1.0;length（Td）Gc=tf（Kp*Ti*Td（i）,Ti,1,Ti,0）;三、课程设计总结或结论PID 控制器参数对控制性能的影响1）比例系数比例系数加大， 偏差越小，但会引起被调量的来回波动， 造成系统不稳定。 比例系数越 小，可以使被调量变化平稳甚至没有超调，但稳态偏差会很大，而且调节时间较长。2）积分时间常数积分时间常数太小会降低系统的稳定性， 增大系统的振荡次数。 但是可以消除就静态误 差。3）微分时间常数微分控制作用只对动态过程起作用， 而对稳态过程没有影响。 适当的微分作用可起到减 小动态偏差，缩短控制过程时间的作用。从 PID 控制器的控制效果看出要取得较好的控制效果，就必须合理的选择控制器的参 数。总之，比例控制主要用于偏差的“粗调”，保证控制系统的“稳”；积分控制主要用于 偏差的“细调”，保证控制系统的“准”；微分控制主要用于偏差的“细调”，保证控制系 统的“快” 。四、参考文献1 刘禾, 白焰,李新利 , 火电厂热工自动控制技术及应用 ，中国电力出版社， 2009。