自控原理实验_PID调节器的设计与分析

1、实验六:PID 调节器的设计与分析一、实验目的 :(1了解 P 、 PI 、 PID 三种工业常用调节器调节规律;(2设计 P 、 PI 、 PID 调节器,并通过 Bode 单位阶跃响应曲线和图分析其效果 和作用。 二、实验环境1、操作系统: WINDOWS 2000或以上; 2、软件环境:MATLAB6.1及其以上;3、 VGA 、 SVGA 显卡,分辨率 800 600或以上; 4、内存 128M 或以上,硬盘 25G 或以上; 5、鼠标。三、实验内容与要求 未加调节器时,系统结构图为 图 6-1 无调节器的系统结构图其中选开环传递函数为通过实验,可以观察到响应曲线和 Bode 图可以看

2、出系统有振荡,因此需加 调节器来调节。在以下各系统中 G(s的模型均是上面表示的形式。 加 P 调节器加了 P 调节器以后的系统结构图变为: 图 6-2 带 P 调节器的系统结构图1参数内定时,程序已经内定设置为 Kp=0.02,观察响应曲线和 Bode 图可以看1. 0(1 (+=s s s G出系统稳定性有所提高。2参数自设时,可以随意输入参数值,观察参数值变化对系统稳定性的影响, 一般 Kp 值在 0.010.1之间系统较为稳定。 同学可自己实践观察参数变化对系统 的影响。 加 PI 调节器加了 PI 调节器以后的系统结构图变为: 图 6-3 带 PI 调节器的系统结构图1参数内定时,程

3、序已经内定设置为 Kp=0.1, Ki=0.001,观察响应曲线和 Bode 图可以看出系统稳定性有所提高。2参数自设时,可以随意输入参数值,观察参数值变化对系统稳定性的影响。对于本系统, 一般 Kp 值在 0.010.1之间、 Ki 值在 0.0010.01之间系统较为理想。 但是,由于此系统有两个参数,参数之间可以相互牵制,因此并非选择 Kp 值在 0.010.1之间、 Ki 值在 0.0010.01之间的系统一定好, 而不在此范围内系统就一 定不好。 Kp 值与 Ki 值之间有一定关系,一般要满足 Kp 50Ki 的关系,系统 才能稳定。同学可自己实践观察参数变化对系统的影响。 加 PI

4、D 调节器加了 PID 调节器以后的系统结构图变为: Y(s图 6-4 带 PID 调节器的系统结构图1参数内定时,我们给定 Kp=0.1, Ki=0.001, Kd=0.05,观察响应曲线和波德 图可以看出系统稳定性有所提高。2参数自设时,我们可以随意输入参数值,观察参数值变化对系统稳定性的影 响。 对于本系统, 一般 Kp 值在 0.020.2之间、 Ki 值在 0.05以下、 Kd 值在 0.010.4之间系统较为稳定。同 PI 调节器一样, PID 调节器的三个参数之间也相互牵制, 在上面的取值范围内,一般要保证 Kp 100 Ki 、 Kd 50Ki 、 Kp (210Kd 这 样的关系系统才能稳定。但是,由于 PID 调节器系统更为复杂,因此,三个参 数的取值范围并不固定,同学可自己实践观察参数变化对系统的影响。 四、思考题1、试写出 PID 调节器的数学模型,讨论各部分参数的作用。答:PID 控制器的传函为:1G(s=K(1 p i s T s+。 Kp 为比例系数, Ti 为积分 时间常数,为微分时间常数,均为可调参数。2、试说明 P 、 PI 、 PID 三种形式的调节器各适用于什么条件下?答:P 调节器可以用来缩短调节时间; PI 调节器可以用来缩短调节时间以及 减小甚至消除稳态误差; PID 调节器除以上功能外,还可改善动态特性,使系统 更快响应。3、一般工