1、實驗三 調節器參數整定及整定參數值對系統性能指標的影響一、 實驗目的：1 掌握PID控制參數的變化對系統性能指標的影響；2 掌握PID調節器參數整定方法；3 掌握根據過渡過程曲線調整P、I、D參數以達到最佳；二、 實驗內容：對如下圖所示的單回路控制系統進行仿真：WC(S)WV(S)W0(S)Wm(S)X(S) Y(S) -進入仿真環境，建立如下仿真系統：這是一個由二階被控過程和PID調節器組成的仿真系統。每個環節的參數可自行選定。由于本實驗主要研究PID參數的變化對控制系統的影響，所以對象的參數一經確定，在本實驗中不要再變動。對系統分別施加Step input給定值階躍擾動和Step1 inp

2、ut負荷擾動，調節PID參數，觀察PID參數的變化對控制系統的影響。建模具體步驟見實驗二。（一） 給定值擾動：設置給定值階躍擾動Step input為某一值，設外部干擾Step1 input為0，如下表所示： Step inputStep1 inputStep time11Initial value00Final valueC（C為常數）0如何修改 見實驗二。逐一修改PID的三個參數，觀察過渡過程曲線的變化。 雙擊模塊出現如下對話框：反復修改P，I，D參數，記錄每次變化所引起的過渡過程曲線的變化。最終使過渡過程出現4：1衰減振蕩曲線。(如圖)（二） 負荷擾動 設置給定值階躍擾動Step inp

3、ut為0，設外部干擾Step1 input為某一值，如下表所示：Step inputStep1 inputStep time11Initial value00Final value0C（C為常數）反復修改P，I，D參數，記錄每次變化所引起的過渡過程曲線的變化。最終使過渡過程出現4：1衰減振蕩曲線。(如圖)（三） 調節器參數整定把仿真系統中對象的傳遞函數變為三階或以上，分別用衰減曲線法和穩定邊界法整定調節器參數。三、實驗分析：1 分析實驗中用到的PID各參數和課程中講到的有什么不同？課件中講到的是完全理論性的，實際往往與理論不是完全相符，總有偏差，總有各種外部的干擾。2 總結PID參數變化對控制

4、質量的影響當Kp,Ki和Kd在變化20%，50%時，會引起系統其各方面性能變化較大，其中當參數增大時衰減率會減小，響應速度加快，但超調會有所增加，兼顧各方面性能，所選定參數綜合性能良好。比例參數Kp對系統的動態性能和穩態性能均有影響：Kp增大，將使系統響應速度加快，調節時間加長；Kp太小則會使系統的響應速度太慢。此外在系統穩定的前提下，加大Kp可以減少穩態誤差，但不能消除穩態誤差。因此Kp主要作用是改變系統的動態性能。積分對系統的性能也有很大影響，而且會影響到系統的穩定性，Ki過大，會造成系統不穩定，且振蕩次數較多；積分環節最大的特點是可以消除穩態誤差，提高系統的控制精度，但在仿真的過程中發現

5、，當Ki太小時，積分控制作用太弱，不能消除殘差。微分參數Kd對系統的動態性能和穩態性能也均有影響：微分環節的加入，可以在誤差出現或變化瞬間，按偏差變化的趨向進行控制。它引進一個早期的修正作用，有助于增加系統的穩定性。Kd增大即微分作用的增強還可以改善系統的動態特性，如可以明顯減少超調量，縮短調節時間等，提高控制精度。但Kd值偏大都會適得其反。此外微分作用可能會放大系統的噪聲，降低系統的抗干擾能力。3 說明PID調節器參數整定過程。確定參數、設計控制器、閥選取、測量變送 實驗四 單回路控制系統設計一、目的1 測試系統性能指標當給定值或對象介質階躍擾動時，掌握測試控制系統的過渡過程曲線方法并計算其

6、性能指標。2 PID的參數影響測試并分析不良的P、I、D參數對控制系統性能指標的影響，掌握人工整定PID參數的方法。3 調節器的使用熟悉調節器的參數設置和手動、自動的操作方法。二、實驗裝置和設備（1）QXLPC-IV型小型過程控制實驗裝置，（如圖1所示）。（2）S7200系列PLC（主機CPU222CN 8點input，6點output；擴展單元EM235 4AI,1AO）。（3）執行器：MICROMASTER 420型變頻器以及160Q-8F磁動泵；晶閘管SCR。（4）壓力變送器、液位變送器、Pt100鉑電阻和數顯溫度變送儀、渦輪流量計和數顯流量變送儀。（5）QXLPC-IV型小型過程控制實

7、驗裝置。（6）安裝有軟件STEP 7-MicroWIN 的PC機。三、內容與步驟1.按對應的流程圖的要求接線,對外圍設備進行選擇。用變頻器作執行器去控制液位時，出水手閥V22應開啟一半左右；而控制壓力、流量時，出水閥V22應全開。電磁閥VD1不通電處于關閉狀態；并聯手筏V1應開啟（V1和VD1至少有一個開啟才能啟動泵）。若實驗中要用VD1進行對象擾動，則開關量選擇開關置于PLC，VD1的并聯手閥VI開啟一半左右。沒有溫度調節的實驗，不要接通“加熱”開關！若要做溫度調節實驗，要等鍋爐水位100mm（20%）后才能接通“加熱”開關。2.PG/PC接口設置1)雙擊指令樹“設置PG/PC接口”圖標，在

8、打開的對話框中設置編程計算機的“PC/PPICable（PPI）”的屬性。設地址為2其它的選擇默認設置，本地連接采用COM1端口。2)雙擊指令樹文件夾“通信”圖標，雙擊刷新設備后,程序軟件將會自動搜索連接在網絡上的S7-200,之后選擇所顯示的S7-200,建立PC機與PLC之間的連接。3.將“全部實驗”下載到PLC中并開始運行，且關閉該界面。4.接通操作臺的電源，1分鐘后將變頻器的使能開關從“0”切到“1”，水泵啟動，調節變頻器內給定電位器，觀察調節儀或電腦的壓力測量值，使壓力值在合適的范圍內。此后可進行實驗操作（略）。5.打開組態王首先在桌面上雙擊組態王的圖標,在跳出的如下界面中選擇運行。

9、鼠標點擊進入系統,在下面的界面中選擇實驗四。注意:在選擇實驗前請先確認接線和外圍設備的選擇是否正確!5.在跳出的界面中先進行手動調節當PV值到達需要給定的值10%附近的時候點手動切換到自動模式.要求（一）：調節器投入自動并分別進行給定值的正、反向階躍擾動，同步記錄自動（閉環）系統中的被調參數液位的過渡過程曲線，分別求解系統的時域類性能指標：（1）衰減比n = Y1/Y3，（2）超調量= Y1/Y（）*100%，（3）殘余偏差e（）=SVPV（），（4）調節時間ts。要求（二）：修改P、I、D參數，使輸出盡可能成為4:1衰減曲線。6曲線顯示參數修改：3 0.6 0.55加擾動 中間曲線起伏改參數：5 1 0.