稳定边界法测PID参数PID

实验一PID参数整定（稳态边界法）一、实验目的1、了解PID调节原理，P、I、D对被控系统调节过程的影响2、利用Simulink工具箱对PID参数进行整定二、实验设备安装Matlab6.0（以上版本）PC计算机一台三、实验原理和步骤（一）实验原理1、PID控制参数PID调节的动作规律是dttdeTdtteTiteKtuDtp)()(1)()(0（式1-1）式1-1中，Kp为比例系数；Ti为积分时间常数；TD为微分时间常数；u(t)为控制器输出；e(t)为控制器输入。2、PID参数Kp、Ti、TD对控制过程的影响（1）比例系数Kp。增大Kp，比例带减小，加快系统的响应速度，有利于减小残差，但不能消除残差。Kp过大会使系统产生超调，振荡次数增多，调节时间长，影响系统的稳定性。（2）积分时间常数Ti。增大Ti，可减小超调，减小振荡，使系统稳定，消除残差。（3）微分时间常数TD。加入TD调节，可改善系统动态特性，减小超调量，缩短调节时间。微分时间过大或过小都会影响超调量，只有适当的微分时间常数才能获得满意的调节过程。微分作用使得系统对扰动变敏感。（4）（二）实验内容1、过程控制系统常用的PID调节器传递函数为sKsKKsGDIp)(（式1-2）式1-2中，Kp，Ki，KD分别是比例系数、积分系数、微分系数。2、某被控对象为二阶惯性环节，其传递函数为：)12)(15(1)(sssG；测量装置和调节阀的特性为：1)(,1101)(sGssGvm。现采用稳定边界法整定PID参数：（1）在Matlab的Simulink工具箱里，搭建系统方框图，如下所示（2）为得到响应曲线的将仿真环境中的“StopTime”设置为60，“Relativetolerance”设置为1e-5（3）未整定PID参数前，在比例系数Kp=1的调节下，被控系统的输出曲线是：（4）利用稳定边界法整定PID三个参数。先选取较大的Kp，例如100，使系统出现不稳定的增幅振荡，然后采取折半取中的方法寻找临界增益，例如第一个点是Kp=50，如果仍未增幅振荡则选取下一点Kp=25，否则选取Kp=75。直到出现等幅振荡为止。请截出相应的响应曲线图形选取的Kp=12.5（5）按照稳定边界法计算PID参数。稳定边界法的计算公式如表1所示。调节规律KpKiKdP0.5Kp——PI0.455Kp0．535Kp/T—PID0.6Kp1.2Kp/T0.075Kp*TT大概取15.2根据表1，计算得Kp=7.500，Ki=0.9868，Kd=14.2500（6）然后回到Simulink环境下，设置三个参数为计算数值，得阶跃响应曲线：思考题：1、分析使用稳态边界法得到的响应曲线的动态偏差，调节时间和余差性能指标。使用稳态边界法得到的相应曲线调节可以消除余差，调节时间大概为45s左右，不算长，但是它的超调量确是比较大的。2、如何微调PID三个参数，改善响应曲线过渡过程动态偏差过大的问题。我们可以把Ki适当减少，即增大积分时间常数，减弱积分作用，我将Ki改成了0,4，此时的曲线为：明显曲线的超调量减少了，调节时间也减少了一些。