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1、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：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1. 控制系统背景摘自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
2、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(Kp JtOe(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)2. 同步发电机励磁系统国家标准国家对同步发
3、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1 0%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。3.实验内容1PID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
4、、D 的控制作用(1) P 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o %=3.302%5KP=100Tp=0.2079 超调量o %=16.05%2.6KP=200Tp=0.1316 超调量o %=33.65%1.3KP=300Tp=O.1OO1 超调量o %=44.18%0.9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控制器一一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
5、量o %=44.16%219.20.8Ti=400Y(t)=316Tp=0.1001超调量o %=44.16%219.20.8Ti=200Y(t)=316Tp=0.1001超调量o %=44.16%219.20.8Ti=1Y(t)=326.2Tp=0.1003超调量 o %=48.138%2200结论：kp 一定时，Ti减小，tp和 %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超调量o %=44.16%219.20.8Td=0.02Y(t)=240.8Tp=0.12超调量o %
6、=9.85%219.20.8Td=0.04Y(t)=219.2Tp=0.3278 超调量o %=0219.20.8Td=0.06Y(t)=219.2Tp=0.5361 超调量o %=0219.20.8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 2PID 控制器的参数整定1G 二 K (1 + T s)c pT sdi其中K为比例增益，T为积分可调参数，T为微分增益;pid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-Nicho
7、ls参数自整定方法）K=187.5由图得出：T1=5.06T2=9.527 产十丁 =和L+2T =得 T=4.467L=0.593a=24.89控制器类型KpTiTdP0.04PI0.0361.779PID0.0481.1860.29651.P 控制器2.PI 控制器3. PID 控制器方案2：（临界比例度法）R 函 ScopeFile Tools View Simulati on Help X不断调整kp观察示波器何时为等幅震荡 得到K p=1436.7由上两图得周期 P=0.3753控制器类型KpTiTdP718.35PI646.5150.3313PID862.020.187650.0469(1)P 控制器(2) PI 控制器(3) PID 控制器40035030015010000.522.544.520045025011
