PID控制器的作用分析及参数整定

上海电力学院自动控制原理实验报告第次作业成绩：实验名称：PID控制器的作用分析及参数整定专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：指导教师评语:一、实验目的:掌握SIMULINK环境下的系统建模及PID控制器的参数调节方法；二.实验内容及其相关分析.控制系统背景一一摘自《PID控制在同步发电机数字励磁调节器中的作用分析及应用》系统组成：PID控制系统由输入的设定值，比例环节/积分环节/微分环节，被控对象以及被控制量组成。传递函数：G(s)=U(s)E(s)这里U(s)U(s)就是对U(t)U(t)的拉普拉斯变换(Laplace),E(s)E(s)是对输入量e(t)(关键就在于这个e(t)它是输入量而且输出量是关于e(t)的函数)的拉普拉斯变换，首先定义L(e(t))=F(s)L(e(t))=F(s)则根据拉普拉斯变换的线性性质：L(U(t))=L(Kpe(t))+L(Kptt0e(t)Tidt)+L(KpTdde(t)dt))对于上式等式右边第一项有定义可得KpF(s)第二项由拉普拉斯变换的积分性质可得KpF(s)Tis第三项由拉普拉斯变换的微分性质可得(f(0)=0)KpTdsF(s)所以右等式可化为KpF(s)(1+1Tis+Tds)则传递函数为G(s)=KpF(s)(1+1Tis+Tds)F(s)也即Kp(1+1Tis+Tds).《同步发电机励磁系统国家标准》国家对同步发电机历次自动控制系统动态特性的超调量、调节时间和摆动次数有明确规定，在我国大中型同步发电机励磁自动控制系统技术要求(GB/T7409-1997)中，对同步发电机动态响应的技术规定为：(1)同步发电机在空载额定电压下，当电压给定阶跃响应为10%时发电机电压超调量应不大于阶跃量的50%,摆动次数不超过3次，调节时间不超过10s;(2)当同步发电机突然零启动升压是，自动电压调节器应保证发电机端电压超调量不的超过额定值的15%,调节时间不大于10s,电压摆动次数不应大于3次。.实验内容1——PID控制作用的分析1)控制系统概述，搭建励磁调节系统的SIMULINK模型：2)分析P、I、D的控制作用⑴P控制实验内容1:kp=1,记录原闭环系统的阶跃响应曲线及动态性能指标(数据精度保持小数点后两位有效数字)；实验内容2:P控制的作用

KP=50Tp=0.342超调量（T%f3.302%5KP=100Tp=0.2079超调里%=16.05%2.6KP=200Tp=0.1316超调量（T%f33.65%1.3KP=300Tp=0.1001超调里（T%=44.18%0.9结论：kp增大时,结论：kp增大时,tp减小，超调量增大，稳态误差减小。(2)I控制实验内容1:PI控制器实验内容1:PI控制器I控制的作用分析:Ti动态特性稳态值稳态误差Ti=500Y(t)=316Tp=0.1001超调里(T%=44.16%219.20.8Ti=400Y(t)=316Tp=0.1001超调里cr%=44.16%219.20.8Ti=200Y(t)=316Tp=0.1001219.20.8超调里cr%=44.16%Ti=1Y(t)=326.2Tp=0.1003超调量(T%=48.138%2200结论：kp一定时，Ti减小，tp和0%会缓慢增加，稳态误差会缓慢减小(3)D控制实验内容1:PID控制器一一D控制的作用分析:

Td动态特性稳态值稳态误差Td=0Y(t)=316Tp=0.1001超b%=44.16%219.20.8Td=0.02Y(t)=240.8Tp=0.12超调量(T%=9.85%219.20.8Td=0.04Y(t)=219.2Tp=0.3278219.20.8超调JUL(T%=0Td=0.06Y(t)=219.2Tp=0.5361219.20.8超调JUL(T%=0结论：kp和Ti一定时，Td增加，则tp增加，稳态值和稳态误差基本不变，超调量减小。4实验内容2——PID控制器的参数整定-1Gc=Kp(1——TdS)Is其中Kp为比例增益，「为积分可调参数，Td为微分增益;实验目标一一PID控制器的设计基于上面的励磁调节系统，输入电压为220V,期望电压为

220V,完成PID控制器的选型及参数整定；方案1：（Ziegler-Nichols参数自整定方法）K=187.5由图得出:T1=5.06T2=9.52711+T=/i\L+2T=t2得T=4.467L=0.593a=24.89控制器类型KpTiTdP0.04

PI0.0361.779PID0.0481.1860.29651.P控制器2.PI控制器3.PID控制器

方案2:（临界比例度法）不断调整kp观察示波器何时为等幅震荡得到K'p=