实验三+调节器参数的影响总汇.doc

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 实验目的： 掌握PID控制参数的变化对系统性能指标的影响； 掌握PID调节器参数整定方法； 掌握根据过渡过程曲线调整P、I、D参数以达到最佳； 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。 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 input Step1 input Step time 1 1 Initial value 0 0 Final value 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) 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： Step input Step1 input Step time 1 1 Initial value 0 0 Final value 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) 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： 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。 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。 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。 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S7200系列PLCMICROMASTER 420型变频器以及160Q-8F磁动泵压力变送器液位变送器涡轮流量计和数显流量变送仪。 QXLPC-IV型小型过程控制实验装置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