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1、实验三调节器参数整定及整定参数值对系统性能指标的影响一、实验目的：1. 掌握PID控制参数的变化对系统性能指标的影响；2. 掌握PID调节器参数整定方法；3. 掌握根据过渡过程曲线调整P、I、D参数以达到最佳；二、实验内容：对如下图所示的单回路控制系统进行仿真：这是一个由二阶被控过程和PID调节器组成的仿真系统。每个环节的参数可自行选定。由 于本实验主要研究PID参数的变化对控制系统的影响，所以对象的参数一经确定，在本实验中 不要再变动。对系统分别施加Step input给定值阶跃扰动和Stepl input负荷扰动，调节PID参数，观察 PID参数的变化对控制系统的影响。建模具体步骤见实验二
2、。（一）给定值扰动：设置给定值阶跃扰动Step input为某一值，设外部干扰Stepl input为0，如下表所示:Step inputStepl inputStep time11Initial value00Final valueC （C为常数）0如何修改W见实验二。逐一修改PID的三个参数，观察过渡过程曲线的变化。tjiiiith Appruximate双击 derivative）模块出现如下对话框:反复修改P, I, D参数，记录每次变化所引起的过渡过程曲线的变化。最终使过渡过程出 现4： 1衰减振荡曲线。（如图）E3 Function Block Parueters: PID Con
3、troller (vi. . . pXPID(2 Controller (mask) (linkEnter ProportionalfP, IntegralflK and Derivative(D) and divisor (N) terms.P+l/s+Ds/(1/Ns+1)ParametersProportional:瓯Integral:1Derivative: 5Derivative divisor(N: 100（二）负荷扰动设置给定值阶跃扰动Step input为0，设外部干扰Stepl input为某一值，如下表所示:Step inputStepl inputStep time11I
4、nitial value00Final value0C （C为常数）反复修改P，I，D参数，记录每次变化所引起的过渡过程曲线的变化。最终使过渡过程出 现4： 1衰减振荡曲线。（如图）PID(2) Controller (mask) (link)Enter Proportional(PK Integral(l), and Derivative(D and divisor (N) terms. P+l/s+Ds/(1/Ns+1ParametersProportional:Integral:Derivative:Derivative divisor(N):0H Function Block Para
5、seters: PID Controller (vi.Time offset: 0（三）调节器参数整定把仿真系统中对象的传递函数变为三阶或以上，分别用衰减曲线法和稳定边界法整定调节 器参数。三、实验分析：1. 分析实验中用到的PID各参数和课程中讲到的有什么不同？课件中讲到的是完全理论性的，实际往往与理论不是完全相符，总有偏差，总有各种外部 的干扰。2. 总结PID参数变化对控制质量的影响当Kp,Ki和Kd在变化20%, 50%时，会引起系统其各方面性能变化较大，其中当参数增 大时衰减率会减小，响应速度加快，但超调会有所增加，兼顾各方面性能，所选定参数综合性 能良好。比例参数Kp对系统的动态性
6、能和稳态性能均有影响：Kp增大，将使系统响应速度加快， 调节时间加长；Kp太小则会使系统的响应速度太慢。此外在系统稳定的前提下，加大Kp可以减 少稳态误差，但不能消除稳态误差。因此Kp主要作用是改变系统的动态性能。积分对系统的性 能也有很大影响，而且会影响到系统的稳定性，Ki过大，会造成系统不稳定，且振荡次数较多; 积分环节最大的特点是可以消除稳态误差，提高系统的控制精度，但在仿真的过程中发现，当 Ki太小时，积分控制作用太弱，不能消除残差。微分参数Kd对系统的动态性能和稳态性能也均 有影响：微分环节的加入，可以在误差出现或变化瞬间，按偏差变化的趋向进行控制。它引进 一个早期的修正作用，有助于
7、增加系统的稳定性。Kd增大即微分作用的增强还可以改善系统的 动态特性，如可以明显减少超调量，缩短调节时间等，提高控制精度。但Kd值偏大都会适得其 反。此外微分作用可能会放大系统的噪声，降低系统的抗干扰能力。3. 说明PID调节器参数整定过程。确定参数、设计控制器、阀选取、测量变送实验四单回路控制系统设计一、目的1测试系统性能指标当给定值或对象介质阶跃扰动时，掌握测试控制系统的过渡过程曲线方法并计算其性能指 标。2 PID的参数影响测试并分析不良的P、I、D参数对控制系统性能指标的影响，掌握人工整定PID参数的方 法。3调节器的使用熟悉调节器的参数设置和手动、自动的操作方法。二、实验装置和设备(
8、1) QXLPC-IV型小型过程控制实验装置，(如图1所示)。(2) S7200 系列 PLC (主机 CPU222CN 8 点 input，6 点 output；扩展单元 EM235 4AI,1AO)。(3) 执行器：MICROMASTER 420型变频器以及160Q-8F磁动泵；晶闸管SCR。(4) 压力变送器、液位变送器、Pt100铂电阻和数显温度变送仪、涡轮流量计和数显流量 变送仪。(5) QXLPC-IV型小型过程控制实验装置。(6) 安装有软件STEP 7-MicroWIN的PC机。三、内容与步骤1. 按对应的流程图的要求接线，对外围设备进行选择。用变频器作执行器去控制液位时，出水
9、手阀V22应开启一半左右；而控制压力、流量时， 出水阀V22应全开。电磁阀VD1不通电处于关闭状态；并联手筏V1应开启（VI和VD1至少有一 个开启才能启动泵）。若实验中要用VD1进行对象扰动，则开关量选择开关置于PLC，VD1的并 联手阀VI开启一半左右。没有温度调节的实验，不要接通“加热”开关！若要做温度调节实验，要等锅炉水位 100mm （20%）后才能接通加热开关。2. PG/PC接口设置1）双击指令树“设置PG/PC接口 ”图标，在打开的对话框中设置编程计算机的“PC/PPICable （PPI）”的属性。设地址为2其它的选择默认设置，本地连接采用COM1端口。2）双击指令树文件夹“
10、通信”图标，双击刷新设备后程序软件将会自动搜索连接在网络上的 S7-200,之后选择所显示的S7-200,建立PC机与PLC之间的连接。3. 将“全部实验”下载到PLC中并开始运行，且关闭该界面。4. 接通操作台的电源，1分钟后将变频器的使能开关从“0”切到“1”，水泵启动，调节变频器内给定电 位器，观察调节仪或电脑的压力测量值，使压力值在合适的范围内。此后可进行实验操作（略）。5. 打开组态王组态王6,5首先在桌面上双击组态王的图标，在跳出的如下界面中选择运行。鼠标点击进入系统，在下面的界面中选择实验四。注意:在选择实验前请先确认接线和外围设备的选择是否正确!5.在跳出的界面中先进行手动调节
11、当PV值到达需要给要求（一）：调节器投入自动并分别进行给定值的正、反向阶跃扰动，同步记录自动（闭环） 系统中的被调参数一一液位的过渡过程曲线，分别求解系统的时域类性能指标：（1）衰减比n = Y1/Y3，（2）超调量 a = Y1/Y（）100%, （3）残余偏差 e（8）=SVPV（8）, （4）调节时间 ts。要求（二）：修改P、I、D参数，使输出尽可能成为4:1衰减曲线。6.曲线显示加扰动 中间曲线起伏改参数：510.055也可以打开表格，来直接分析曲线|庭1 Microsoft: EhE -曲犊.csvABCDEFGHIJKLMrr1ZooiTbEY Data2Total Grout
12、二 23Index 二（Ni.uribers 二1681400. 29613350. 50. 296133610. 29668lii71. 50. 296523J820. 29652392.50. 2971881030. 297461113.50. 2974611240. 297734134.50. 2977341450. 298047155.50. 2980471660. 298047176.50. 2985941870. 298789n197. 50. 298945g2080. 298945218.50. 299375-12290. 299375239.50. 29937524100. 299766
