简单控制系统PID控制仿真

1、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)=，具 中 T0 =6s、e0 =3soT°s 1(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

2、想微分控制算法。(3) 在上述的PID参数基础上，整定白己认为最理想的 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 曾虫，其中Kd =5,整定兀参数。(无需PITd s 1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

3、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： 根据响应曲线法公式求出PI,PID控制器的参数。 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： 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Tm。 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。 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：图1-1

4、(响应曲线法：Simulink建模PI)图1-2 （响应曲线法：Simulink仿真PI）图1-3 （响应曲线法：Simulink建模PID）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=0.475f#到等幅振荡，记录此时的Pm=1/k=2.1053,Tm=10.3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1-7 （临界比例度法：Simulink建模PI）a17.12图1-8 （临界比例度法：Simulink仿真PI）Gain2 Derivative! tScopel图1-9 （临界比

5、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,图 1-12 (Simulink仿真PID)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超调单调整时间最大动态偏差衰减比PI18.9%350.189259:1PID33.85%26.50.33

6、851.74:1(2)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超调单调整时间最大动态偏差衰减比PI19%24.50.19OOPID36%220.363.1:1(3)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；

7、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. 根据白己的学习和领会，归纳实际生产过程中如何整定 PID参数

8、,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 5080%,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