PID校正设计内容.doc

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1、过程控制系统课程设计报告实验名称：燃烧过程控制系统综合仿真专业：电气自动化学号：201020309304姓名：李泽组员：张诚指导老师：孙丽一PID校正设计31.1.假设一个系统，其数学模型如下32.采用比例P控制方式：43.采用PD控制方式5一PID校正设计1.1.假设一个系统，其数学模型如下：先不加任何校正的，系统的阶跃响应曲线如下：脉冲响应曲线如下：根轨迹图如下：波特图如下：2.采用比例P控制方式：P控制方式只是在前向通道上加上比例环节，相当于增大了系统的开环增益，减小了系统的稳态误差，减小了系统的阻尼，从而增大了系统的超调量和振荡性。P控制方式

2、的系统结构图如下：图1P控制框图1）取Kp=1,至15，步长为1，进行循环测试系统，获得阶跃响应曲线如下图所示：2）由图可以看出，Kp越大，曲线越陡，系统的稳态误差越小。P控制是等比例的将偏差放大，作为控制信号输出，只能减小稳态误差，但不能消除稳态误差。3.采用PD控制方式PD控制方式是在P控制的基础上增加了微分环节，由图可见，系统的输出量同时受到误差信号及其速率的双重作用。因而，比例—微分控制是一种早期控制，可在出现误差位置前，提前产生修正作用，从而达到改善系统性能的目的。控制系统的传递函数为：图2PD控制框图1）保持Kp=10不变，调试取Kd=1

3、、1.5、2时的系统阶跃响应曲线，结果如下图所示：PD控制与P控制相比，PD控制曲线的动态响应更加迅速，稳态误差更小，但超调量增大，曲线振荡加剧。Kd越大，微分作用越强，系统动态响应越好；但Kd过大，会增加过渡过程的波动程度。1）分别取Kp1=10；Kp2=100；Kd1=2；Kd2=102；绘制系统波形，如下：观察系统波形，可以得出以下结论：①Kp越大，系统响应速度加快，但Kp过大会使系统不稳定。②Ki越大，系统动态响应速度加快，但Ki过大会使系统振荡加剧。4.采用PI控制方式：（3）PI控制PI控制是在P控制基础上增加了积分环节，提高了系统的型别

4、，从而能减小系统的稳态误差。因为单纯使用增大Kp的方法来减小稳态误差的同时会使系统的超调量增大，破坏了系统的平稳性，而积分环节的引入可以与P控制合作来消除上述的副作用，至于积分环节对系统的准确的影响将通过实验给出结论。PI控制的结构图为：图3PI控制框图系统的开环传递函数为：1）取Kp=0.6，取Ki=0至5，步长为1，绘制响应的根轨迹图，如下图：由图可以判断出，Kp=0.6时，Ki的取值范围应该为：0

5、2，Ki=1时，系统的曲线最好，所以最理想的系统开环传递函数为：5.采用PID控制方式：PID控制方式结合了比例积分微分三种控制方式的优点和特性，在更大的程度上改善系统各方面的性能，最大程度的使闭环系统的阶跃响应尽可能地最好（稳、快、准）。PID控制器的传递函数为：加上PID控制后的系统开环传递函数为：系统的结构图为：图4PID控制框图当Ki=1，Kd=0.3和Kd=0.4，Kp=1~10时，绘制系统相应的阶跃响应曲线：观察曲线，可以看出：①Pi越大，积分作用越强，消除稳态误差越快；反之，积分作用越弱，过渡过程越平稳，消除稳态误差越慢。②PID控制通

6、过调节三个参数，Kp、Ki、Kd，来改变控制品质；适当的调节三个参数，能使系统的控制品质变得比较好。二、PID校正方法对于一个给定的控制系统，要实现预定的控制过程，必须通过选择合适的P、I、D控制参数来实现。整定控制器的参数，是提高控制质量的主要途径。当控制器的参数整定好并且投入运行系统之后，被调参数可以稳定在工艺要求的范围之内，就可以认为控制器的参数整定好了。PID的校正方法有很多，概括起来说可以分为三类，即理论计算整定法、工程整定法和自整定法。在这里只简单的介绍三种常用的方法。1.临界比例度法临界比例度法是一种闭环整定方法。由于该方法直接在闭环系

7、统中进行，不需要测试过程的动态特性，其方法简单、使用方便，因而获得了广泛应用。具体整定步骤如下：1）先将调节器的积分时间Ti置于最大（Ki=0），微分时间Td置零（Kd=0），比例度δ置为较大的数值（Kp置为较小值）使系统投入闭环运行。2）等系统运行稳定后，对设定值施加一个阶跃变化，并减小δ2.衰减曲线法衰减曲线法是在系统闭环情况下，将控制器积分时间TI放在最大，微分时间TD放到最小，比例放大倍数KC设为1， （2）然后使KC由小往大逐步改变，并且每改变一次KC值时，通过改变给定值给系统施加一个阶跃干扰，同时观察过渡过程变化情况。如果衰减比小大于4：

8、1，KC值继续增加，如果衰减比小于4：1，KC值继续减小，知道过程呈现4：1衰减。优点：4：1衰减曲线法试验