单回路控制系统整定

单回路限制系统整定一、试验目的驾驭动态建模的创立方法。驾驭单回路限制系统的理论整定方法和工程整定方法。了解调整器参数对限制品质的影响。.熟悉限制线性系统仿真常用根本模块的用法二、试验仪器计算机一台、MATLAB软件三、试验内容：用SIMULINK建立被控对象的传递函数为，系统输入为单位阶跃，接受PID限制器进展闭环调整。①练习模块、连线的操作，并将仿真时间定为300秒，其余用缺省值；②试用稳定边界法和衰减曲线法设置出相宜的PID参数，得出满意的响应曲线。③设计M文件在一个窗口中绘制出系统输入和输出的曲线，并加图解。四、试验原理.PID〔比例-积分-微分〕限制器是目前在实际工程中应用最为广泛的一种限制策略。PID算法简洁管用，不要求受控对象的精确数学模型。．模拟PID限制器典型的PID限制构造如下图。比例比例积分微分对象模型PID限制器r(t)y(t)u(t)e(t).PID限制规律写成传递函数的形式为式中，为比例系数；为积分系数；为微分系数；为积分时间常数；为微分时间常数；简洁来说，PID限制各校正环节的作用如下：〔1〕比例环节：成比例地反映限制系统的偏差信号，偏差一旦产生，限制器立刻产生限制作用，以削减偏差。〔2〕积分环节：主要用于消退静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数，越大，积分作用越弱，反之那么越强。〔3〕微分环节：反映偏差信号的变更趋势〔变更速率〕，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，削减调整时间。五、试验步骤 〔1〕启动计算机，运行MATLAB应用程序。 〔2〕在MATLAB叮嘱窗口输入Smulink,启动Simulink。〔3〕在Simulink库阅读窗口中，单击工具栏中的新建窗口快捷按钮或在Simulink库窗口中选择菜单叮嘱FileNewModeel,翻开一个标题为“Untitled”的空白模型编辑窗口。〔4〕用鼠标双击信号源模块库〔Source〕图标，翻开信号源模块库，将光标移动到阶跃信号模块〔Step〕的图标上，按住鼠标左键，将其拖放到空白模型编辑窗口中。用鼠标双击附加模块库〔SimulinkExtra〕图标，翻开AdditionalLiner模块库，将光标移动到PIDConttroller图标上，按住鼠标左键，将其拖放到空白模型编辑窗口中。〔5用同样的方法从数学运算模块库(MathOperations)、连续系统模块库(Continuous)和承受模块库(Sinks)中，中把传递函数模块(TransferFcn)、示波器模块(Scope)和加法器模块〔〕Sum〕拖放到空白模型编辑窗口中。〔6〕用鼠标单击一个模块的输出端口并用鼠标拖放到另一模块的输入端口，完成模块间的连接，假设须要画支线时，把光标移到有向线段随意点处，按下“Ctrl”键同时按下鼠标左键，拖动鼠标到所需模块。〔7〕构造图1所示的单回路反应系统的仿真模型，其中限制对象由子系统创立，如图2图1图2示，创立子系统的方法是：用鼠标选定待构成子系统的各个模块，包括它们之间的连接线，单击鼠标右键再单击CreateSubsystem即可。〔8〕设调整器为比例调整器，对象传递函数为：(其中)，用广义频率特性法按衰减率0.75计算调整器的参数；依据计算结果设置PID调整器的参数，启动仿真，通过示波器模块观测并记录系统输出的变更曲线。〔9〕用响应曲线法整定调整器的参数。①求出对象的阶跃响应曲线。②依据响应曲线求取对象的动态特性参数。③按表1计算调整器的参数，并依据计算结果设置PID调整器的参数。④启动仿真，通过示波器模块观测并记录系统输出的变更曲线。〔10〕用临界曲线法整定调整器参数。①先将调整器改成纯比例作用〔使〕，并将比例增益置于较小的数值，然后将系统投入闭环运行。启动仿真，通过示波器模块观测并记录系统输出的变更曲线。慢慢增加比例增益，观测不同比例增益下的调整过程，直到调整过程出现等幅振荡为止，记录此时的比例带和系统的临界振荡周期。②依据求得的和，由表2可求得调整器的整定参数。③将调整器参数设置好，作系统的定值阶跃扰动试验，观测限制过程，并依据响应曲线适当修改整定参数。〔11〕用衰减曲线法整定调整器参数。①先将调整器改成纯比例作用，并将比例增益置于较小的数值，然后将系统投入闭环运行。启动仿真，通过示波器模块观测并记录系统输出的变更曲线。慢慢增加比例增益，观测不同比例②增益下的调整过程，直到调整过程出现衰减率为0.75的振荡为止，记录此时的比例带和系统的临界振荡周期。由表3可求得调整器的整定参数。将调整器参数设置好，作系统的定值阶跃扰动试验，观测限制过程，适当修改整定参数，直到限制过程满意为止。表4-3临界曲线法整定参数计算表限制规律调整器参数P2PI2.20.85PID1.670.5表4-4衰减曲线法整定参数计算表限制规律调整器参数P2PI1.20.5PID0.80.30.1六、试验曲线及数据处理、，1〕临界曲线法将调整器改成纯比例积分，即=0，=0。调整到出现等幅震荡，此时。如图3。图3由图可知==0.25，又由临界曲线法整定参数计算表及以下公式关系，，得到调整器的参数：=2.4，=0.0727，=19.8修改PID参数得到的曲线图4图4(2)衰减曲线法将调整器改成纯比例积分，=0，=0。调整直到调整过程衰减率为0.75的震荡为止，此时。如图5图5由图可知=0.535，=78s由衰减曲线法整定参数计算表及以下公式关系，，得到调整器的参数：=2.33，=0.09996，=18.174修改PID参数得到的曲线图6图6七、试验总结1、P限制规律限制刚好但不能消退余差，I限制规律能消退余差但限制不刚好且一般不单独运用，D限制规律限制很刚好但存在余差且不能单独运用。2、比例系数越小，过渡过程越平缓，稳态误差越大；反之，过渡过程振荡越猛烈，稳态误差越小；假设Kp过大，那么可能导致发散振荡。Ti越大，积分作用越弱，过渡过程越平缓，消退稳态误差越慢；反之，过渡过程振荡越猛烈，消退稳态误差越快。Td越大，微分作用越强，过渡过程趋于稳定，最大偏差越小；但Td过大，那么会增加过渡过程的波动程度。3、。PID