简单控制系统PID控制仿真：.docx

简单控制系统 PID 控制仿真：要求：参考教材 207 页 6-20 题，设广义被控对象传递函数为G(s)=-—，其中 T = 6s、t = 3sT s + 1 0 00(1) 试用响应曲线法求PI和PID控制器的参数，并采用matlab仿 真，说明上述参数下的单回路控制响应曲线超调量、调整时间、 最大动态偏差、衰减比分别是多少2) 试用临界比例度法整定PI和PID参数，方法：采用matlab仿 真，求临界状态下的比例度和振荡周期，然后求取PI和PID参 数，并进行仿真，对比该方法下控制器参数超调量、调整时间、 最大动态偏差、衰减比与(1)中的响应曲线法之差别注：(1) 和(2)的PID采用理想微分控制算法3) 在上述的PID参数基础上，整定自己认为最理想的PID参数， 并说明整定方法和依据注：本部分采用实际微分算法实现PID 控制，微分部分为倬畀，其中k = 5，整定t参数无需PIT s + 1 d dd控制)请提交完整的仿真实验报告，其中仿真报告撰写格式要求和思考题见 下页，实验步骤、记录、结果分析、思考题、心得体会等项请独立完 成过程控制系统设计仿真实验报告实验名称:单回路控制系统PID控制器仿真实验姓 名：上海电力学院学 号： 00000000班 级：111111一、实验目的1. 熟悉简单控制系统响应曲线法和临界比例度法整定PID参数过程。

2. 掌握采用Matlab仿真工具进行PID参数整定的方法和过程3. 掌握PID控制器中不同参数对控制系统性能的影响二、实验步骤（1） 响应曲线法：① 根据响应曲线法公式求出PI,PID控制器的参数② 采用MATLAB仿真测出单回路控制系统的各参数值2） 临界比例度法：① 仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡, 记下这时的比例放大系数Pm和临界振荡周期Tm② 根据所记录的Pm和Tm，用195页的经验公式计算调节器的整定参③ 采用MATLAB仿真测出单回路控制系统的各参数值（3）在上述的PID参数基础上，先令Td=0,再根据仿真曲线用实际 微分来整定Td三、实验记录1） 响应曲线法：Gain图1-1 （响应曲线法：Simulink建模PI）图1-2 （响应曲线法：Simulink仿真PI）Gai n4SteplTransfer Fen3Tmnsfeff Ficn2Tmnspc-rtDelaylSddpeI&+1―du/dtDerivative! Gain2图1-3 （响应曲线法：Simulink建模PID）PJ ScopelrVh ‘1耳西Ta®炉気谄电也2橫图1-4 （响应曲线法：Simulink仿真PID）2）临界比例度法：当Ti=8时，取比例度k=0.475得到等幅振荡，记录此时的Pm=1/k=2.1053,Tm=10.3Gflinl0Transfer Fcn1GainTransfer FenTranspcrt [>elaySccp-E盼1图1-5 （临界比例度法：Simulink建模PI）图1-6 （临界比例度法：Simulink仿真）图1-8 （临界比例度法：Simulink仿真PI）GEin3>K-Transport DelaylScopelGain2 Derivative 1Transfer Fcn2Gain4Transfer Fen315.15sdu/dt图1-9 （临界比例度法：Simulink建模PID）图1-10（临界比例度法：Simulink仿真PID）3）实际微分调节法：图 1-11 （Simulink建 模 PID）超调量=49%,调整时间=38，最大动态偏差=0.49，衰减比=8.8:1,四、结果分析（1）响应曲线法：（其中tao=3,T=6,k=8）P(%)Ti(s)Td(s)PI1.1tao*k/T=4.183.3tao=9.9PID0.85tao*k/T=3.232tao=60.5tao=1.5超调量调整时间最大动态偏差衰减比PI18.9%350.189259:1PID33.85%26.50.33851.74:12）临界比例度法：P(%)Ti(s)Td(s)PI2.2Pm=4.6320.85Tm=8.755PID1.7Pm=3.5790.5Tm=5.150.125Tm=1.2875超调量调整时间最大动态偏差衰减比PI19%24.50.19OOPID36%220.363.1:13）用实际微分整定：超调零调整时间最大动态偏差衰减比PID49%380.498.8： 1五、思考题1. 响应曲线法整定的PI参数和PID参数中比例带、积分时间有何变化，为什么。

答：从PI到PID比例带需要减小，积分时间也需要减小因为微分的作用是改善动态特性即减小超调量，减小积分能消除稳态 误差，准确跟踪设定值；减小比例度即比例作用增强可以加快反应速 度2. 临界比例度法适用于何种场合的PID参数整定，在什么情况下不适合答：a:不适用于控制通道时间常数很大的场合，由于控制系统的临界比例度很小，调节阀很易游移于全开或全开位置，即处于位式控制状 态，对生产过程不利b:工艺约束条件严格，不允许生产过程被控参数作较长时间的等幅振 荡，这种情况也不能用此法3. 在 PID 中采用实际微分和理想微分对控制曲线效果有何影响，为什么实际系统中一般应采用哪种微分控制算法答：理想微分效果更好实际系统中一般采用实际微分，因为理想微 分难以实现4. 根据自己的学习和领会，归纳实际生产过程中如何整定PID参数，注意些什么答：工程上，一般要求整个闭环系统是稳定的，对给定量的变化能迅 速响应并平滑跟踪，超调量小；在不同干扰作用下，能保证被控量在 给定值；当环境参数发生变化时，整个系统能保持稳定 整定步骤为"先比例，再积分，最后微分"1）整定比例控制 将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、超调 小的响应曲线。

2）整定积分环节 若在比例控制下稳态误差不能满足要求，需加入积分控制先将步骤（1）中选择的比例系数减小为原来的50〜80%,再将积分 时间置一个较大值，观测响应曲线然后减小积分时间，加大积分作 用,并相应调整比例系数,反复试凑至得到较满意的响应,确定比例 和积分的参数 3）整定微分环节 若经过步骤（2）, PI 控制只能消除稳态误差,而动态过程不能令人满 意，则应加入微分控制，构成PID控制先置微分时间TD=0，逐渐加大TD,同时相应地改变比例系数和积 分时间，反复试凑至获得满意的控制效果和PID控制参数首先研究生产过程,挑选好方法,再根据曲线的具体情况,判断应该 调整哪部分的参数,调整后再进行比较判断六、心得体会又学会了个新知识,好开心啊 ！！通过这次实验,我终于明白了 临界比例度法和响应曲线法的关系和区别以及比例度,积分,微分的 作用最重要的是学会了怎样快速精确地调PID参数，还有广义被控 对象的处理问题,刚开始做时我就犹豫要不要用广义被控对象的方法 来求k,还用M文件编了个程，最后问老师终于弄明白了，总之这次 作业收获很多，在做自控PID实验时我花了好多天都画不出来的曲线 现在就不是个难题了。