1、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Step input给定值阶跃扰动和Step1 input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Step input为某一值,设外部干扰Step1 input为0,如下表所示:Step inputStep1 inputStep time1Initial valueFinal valueC(C为
2、常数)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Step input为0,设外部干扰Step1 input为某一值,如下表所示:(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
3、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
4、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
5、并计算其性能指标。2 PID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CPU222CN 8点input,6点output;扩展单元EM235 4AI,1AO)。(3)执行器:MICROMASTER 420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
6、程控制实验装置。(6)安装有软件STEP 7-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”
7、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
8、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= Y1/Y()*100%,(3)残余偏差e()=SVPV(),(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:3 0.6 0.55加扰动 中间曲线起伏改参数:5 1 0.055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.北京.20112被控对象数学模型的实验测定实验指导书。
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