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1、实验一 PID参数整定（稳态边界法）、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.、实验设备安装Matlab 6.0 （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1 tde (t)u(t) = K p e(t)e(t)dt Td(式 1-1 )Ti 0dt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Kpo增大Kp,比例带减小，加快系统的响
2、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TDb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KI亠G（s）二K p L KdS （式 1-2）s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
3、性环节，其传递函数为：G（s）-;测量（5s +1）（2s + 1）1装置和调节阀的特性为：Gm（s）1 ,Gv（s） =1。现采用稳定边界法整定PID10 s +1参数：(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“Stop Time ”设置为60, “ Relative toleranee ” 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：353020510510203040506011n: /11?111111jT/JF-JT/; /111111111111jF:/:/ i1
4、11111-/ -/:1/ r T r11111111111111/ r/ : f .:111111111:/-JM/-Jr11111111111111/:/f:y-1 i1 i1!11111111111i11 1(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KpKiKdP
5、0.5KpPI0.455Kp0. 535Kp/TPID0.6Kp1.2Kp/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:1009080I70403020I100203040506010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。
