过程控制课程设计pid参数整定Word文件下载.docx

1、上图为典型的PID控制系统结构图。在PID调节器的作用下，对误差信号分别进行比例、微分、积分组合控制，调节器的输出作为被控对象的输入控制量。PID控制算法的模拟表达式为：相应的传递函数为： 式中 Kp为比例系数 ； Ti 为积分时间常数； Td 为微分时间常数。 在传统的PID调节器中，确定KP、Ti、Td 3个参数的值，是对系统进行控制的关键，因此，在控制最主要的问题是参数的整定问题，在PID参数进行整定时，若是理论方法确定PID参数当然是最为理想的，但实际应用中，更多的是通过试凑来确定PID的参数。而利用matlab强大的仿真工具箱的功能，可以方便的解决整定的问题。三、PID控制分析。 假

2、设被控对象参数为 P控制作用分析 。设Td=0 ，Ti= ，Kp=34 。输入信号为阶跃函数，根据结构图，进行matlab程序仿真如下：%P控制作用程序运行M文件可得到如下图形： 比例积分控制作用分析 设Kp=3，讨论Ti =26 时对系统阶跃响应曲线的影响%比例积分控制作用程序运行程序后得到下图： 比例积分微分控制作用分析设Kp=3，Ti=4，讨论Td=时对系统阶跃响应曲线的影响。%比例积分微分作用程序运行程序得下结果：初步分析得到下列结论：1、增大比例系数Kp将加快系统的响应，有利于减小静差，但是过大会使系统有较大的超调，使稳定性变坏，Kp取值过小，会使系统的动作缓慢。2、增大积分时间常数

3、Ti有利于减小超调，减小振荡，使系统的稳定性增加，但系统静差消除时间变长，若Ti过小，系统的稳态误差将难以消除，导致系统不稳定。3、增大微分时间Td有利于加快系统的响应速度，使系统超调量减小，稳定性增加，但是Td不能过大，实际系统无法达到要求（上诉设计是理想的微分模型，所以如果实际的微分模型在Td过大时会使超调量增加，调节时间变长），若Td过小，同样超调量也增加，调节时间也较长。四、ZieglerNichols整定方法。在实际的过程控制系统中，如果数据时通过阶跃响应来获得的，且多数控制系统可以由公式G（s）= 来近似表示，我们可以由（表一）中给出的经验公式来设计PID控制器，如果数据是通过频域

4、响应获得的，先画出其对应的Nyquist曲线，可以得到系统的剪切频率Wc和极限增益KC，同样，可以有（表一）给出的经验公式获得PID控制器的参数。控制器类型由阶跃响应整定由频率响应整定KpTiTdPT/K*PIK*3*PID2*/2（表一）（1） 设想对被控对象（开环系统）施加一个阶跃信号，通过实验方法，测出其相应信号，如下图所示,则输出信号可由图中的形状近似确定参数K（静态放大系数），（l）（滞后时间），和Tm（时间常数），获得上述参数后就可以根据表一得出控制器的参数。图中L表示 ，Tm表示T 。举例：某个控制系统的对象参数为：G（s）= ，求取其P、PI、PID 控制的响应曲线。Matla

5、b程序如下：K=1;T=15;tao=5;num0=1;den0=15 1;num1,den1=pade（tao,3）; %生成纯延迟环节的3阶近似传递函数模型num=conv（num0,num1）;den=conv（den0,den1）;G=tf（num,den）; %生成开环传递函数s=tf（s）; %定义拉普拉斯变量因子%P控制其设计PKp=T/（K*tao）;GK1=PKp*G;sys1=feedback（GK1,1,-1）;step（sys1,k） %求p控制作用下系统单位阶跃响应，线形为黑色连线gtext（P）pausehold on%PI控制器设计PIKp=*T/（K*tao）;

6、PITi=3*tao;Gc2=PIKp*（1+1/（PITi*s）;GK2=Gc2*G;sys2=feedback（GK2,1,-1）;step（sys2,b-） %求PI控制作用下系统单位阶跃响应，形为蓝色虚线PI%PID控制器设计PIDKp=*T/（K*tao）;PIDTi=2*tao;PIDTd=*tao;Gc3=PIKp*（1+1/（PITi*s）+PIDTd*s）;GK3=Gc3*G;sys3=feedback（GK3,1,-1）;step（sys3,r-） %求PID控制作用下系统单位阶跃响应，线形为红色实线title（P , PI , PID控制单位阶跃响应xlabel（时间yl

7、abel（幅值）,grid,gtext（PID得到如下图形：结论：通过图形，我们可以清楚的看出，采用PID控制可以快速、准确、稳定的对输入的阶跃信号进行控制。所以通过ZieglerNichols整定方法我们可以得到较好的控制曲线，符合课设要求。五、通过matlab中的simulink来进行系统的参数整定。利用simulink进行参数整定更加的有效，而且方便快速。首先进行PID控制器的设计。（1）通过模块的拖拽构成典型的PID控制器。如下所示（2）然后进行封装子系统，单击simulink的library窗口中的【Edit】【Creat Subsystem】，便产生了子系统。如下图所示。（3）进行

8、封装。（4）PID控制器子系统构成，可以对其进行操作。对G（S）=对象进行参数整定。按照单回路系统方框图，我们可以再simulink中绘制出相应的闭环回路图形，如下图所示。我们通过“临界比例带法”对其进行参数整定。（1）设TI 和TD都为零，调节KP 使其产生等幅振荡。当取比例系数为10时得到等幅振荡。如下图：（2）根据图形可以得到比例带和系统的临界振荡周期T。根据（表二）可以得到相应的PID参数。控制规律2（表二）（3）由上表可知P控制时，Kp=5，将“Kp”的值设置为5后，仿真运行双击“Scope”得到下图：根据图形我们可以清楚的看到P控制的特点：1、动作快 。2、有差控制 。（4）由（表

9、二）可知，PI控制时，比例系数为Kp= ，积分时间常数Ti= ，运行仿真后得到如下图形：同样我们可以看到PI控制的特点，既在消除了静态误差的同时，增加了调节时间，所以是在改善静态品质的同时却恶化了动态品质，使过度过程的振荡加剧，甚至造成系统不稳定。（5）由表二可知，PID控制时，Kp= ，Ti=1 ，Td= ，运行仿真得到下图：根据上图中的数据，初步估算出衰减比为8：1 ，符合参数整定的稳定、准确、快速的要求，基本达到了工程控制需求。参考文献：MATLAB R2008控制系统动态仿真 谢仕宏编 化学工业出版社过程控制系统的matlab仿真 刘文定、王东林编着 机械工业出版社控制系统计算机辅助设

10、计matlab语言与应用 薛定宇 清华大学出版社辅助控制系统设计与仿真 飞思科技产品研发中心 电子工业出版社火电厂热工自动控制技术及应用 刘禾、白焰、李新利 中国电力出版社 过程控制工程及仿真（基于matlab/simulink） 郭阳宽、王正林 电子工业出版社总结：通过这此课程设计,我学会了如果进行控制系统的单回路参数整定,如何设计控制器来满足要求,我还掌握了matlab软件在工程上的应用,尤其是在控制领域的应用,学会了利用matlab中的simulink软件来模拟仿真控制系统。这次课程设计不仅使我对课堂所学的知识有了更加深入的了解,而且还将书本上的知识在工程上加以应用,使我对过程控制这门课有了一个更加全面的认识.此次设计利用了ZieglerNichols的整定方法和临界比例带法，能够对一些控制对象进行基本的PID整定。 但是此次设计只能是较为基础的整定，不能达到更加“界面化”的程度，根据了解和学习，还可以使用matlab中的GUIDE来编写GUI交互界面，这样可以使整个参数整定过程更加的容易、清晰，达到整个过程“界面化”的程度。由于时间问题，所以不能够进行更加深入的学习。这也是此次课程设计的不足之处。