PID 调节器
将生产过程参数的测量值与给定值进行比较，得出偏差后根据一定的调节规律产生输出信号推动执行器消除偏差量，使该参数保持在给定值附近或按预定规律变化的控制器，即为调节器，又称调节仪表。通常，调节器分为模拟调节器和数字调节器。
对被调量与给定值的偏差分别进行比例、微分和积分运算，取其和构成连续信号以控制执行器的模拟调节器，它的全称是比例积分微分调节器。这种调节器在工业生产中应用十分广泛。PID 调节器的输入信号e （偏差）和输出信号P 之间的函数关系可用下式表示：
()()()()()??
????++=?t t d t de Td t d t e Ti t e Kp p 01 式中Kp 为调节器的放大系数，T i 为调节器的积分时间,T d 为调节器的微分时间。输出变化量 P 包含输入变化量的比例项、输入变化量对时间的积分和微分三项，它们分别称为比例作用、积分作用和微分作用。比例作用的校正作用强，稳定性好，但对被调量的调节作用最终达不到给定值,始终存在余差（又称为静态误差）（图1）。积分作用决定于偏差的存在与否,只要有偏差，积分作用就存在,直到偏差消除为止。因此积分作用能消除余差。微分作用总是阻止被控总量的变化(图2)，偏差刚产生时就发生信号进行调节，故有超前作用，能克服调节对象和传感器惯性的影响，增加系统的稳定性。图3表现了在比例(P )作用、比例积分 (PI)作用和比例积分微分(PID)作用下被调量y 的变化过程。可以看出,比例积分微分作用为最佳，能迅速地使y 达到给定值x 。比例积分作用则需要稍长的时间,比例作用则最终达不到给定值,而有余差。具有比例作用的比例调节器和具有比例积分作用的比例积分调节器广泛应用在各个领域。
PID调节器有多种类型,如气动PID调节器和电动PID调节器。单元组合仪表和组装仪表都有PID调节器。PID调节器按整定方式又分为普通型和电压整定型两种。在普通型调节器
中,调节器参数K、T i、T d等只能就地
调整，而电压整定型的调节器参数受
外界给定信号控制，因而可以制成远
程整定、第三参数整定、自整定以及
与计算机联用等类型。在直接数字控
制系统和工业控制机系统中也广泛
采用PID调节规律控制工业对象。
模拟调节仪表
采用模拟信号的调节器，又称模拟调
节器。它确定受控对象参数的模拟形式测
量值与给定值的偏差，并根据一定的调节
规律产生模拟输出信号推动执行器消除偏
差，使受控参数保持在给定值附近或按预定规律变化。在自动化仪表中，调节仪表常被用于对检测仪表的输出信号进行综合以达到控制生产过程的目的。所调节的参数包括温度、压力、流量、液位、成分等。
分类模拟调节仪表按照所用的能源分为气动仪表、液动仪表和电动仪表三类；按照原理和结构又可分为自力式调节器、基地式调节仪表、简易调节仪表、单元组合仪表和组装式综合控制装置等（见图）。模拟调节仪表按调节作用又分为两位调节器、比例调节器、PI调节器（比例积分调节器）、PID调节器（比例积分微分调节器）、前馈调节器等。
①自力式调节器以被调介质本身的能量或经过简单的转换后带动调节阀，实现自动调节。浮球式液位调节器（如卫生间用的）就是利用浮球在液面上受到的浮力使调节阀动作。这种调节器不需要外来能源，是一种就地调节的装置。它结构简单，易于维修，适用于控制精度要求不高的单参数调节系统。它在原理和结构上与气动执行器十分类似，常被归入执行器类。
②基地式调节仪表一种带附加调节机构的指示记录仪表。它接受检测元件发来的信号，靠指示、记录机构的动作带动调节机构发出控制信号，送到执行器实现自动调节。动圈式指示调节仪表、带电动调节器或气动调节器的电动和气动记录仪表都属于这种类型，它们广泛用于控制单台生产设备。
③简易调节仪表一种可直接接受检测元件的信号，不带指示机构的，专用性较强且结构简单的调节仪表。它也可以接受变送器的信号。无指示调节器和温度报警器都属于简易调节仪表，在中小型企业中得到广泛应用。
④单元组合仪表由若干种具有独立功能的标准单元组成的一套调节仪表。它完全适应大型机组和过程控制方面的要求，可以实现多回路的复杂控制（见电动单元组合仪表、气动单元组合仪表）。
⑤组装式综合控制装置简称组装式仪表，是按照一个大型机组或过程控制的要求，选用各种独立的功能组件组合成的专用控制装置。它可按用户的需要组装，因而具有很大的灵活性。
发展方向模拟调节仪表的今后发展大致有如下几个方面：
①控制功能多样化按照设备运行的要求，不但要有各种反馈控制功能（如比例积分、比例积分微分等），还要有新型调节规律（如前馈控制、自适应控制、非线性控制等）、程序控制和各种联锁保护。
②系统功能的扩展生产工艺和生产规模的变化要求自动调节仪表能适应各种单参数、多参数控制系统，能方便地扩展控制功能和系统规模。
③模拟仪表与计算机的兼容性计算机控制必须与模拟仪表建立联系。如用直接数字控制时对一些关键回路常用模拟调节器作后备，采用给定值控制时则需要通过模拟调节器去控制生产过程。因此必须解决好模拟仪表与计算机联用的问题。
④操作简便性和安全可靠性随着许多大型、高效率工艺装备的出现，自动控制系统日益庞大复杂，所用的调节仪表也日益增多。例如对一台30万千瓦发电机组用晶体管型单元组合仪表控制，其控制仪表盘面长达10多米，操作把手400多个，机组启动长达10小时,操作人员负担很重。因此对新型调节仪表要求操作简便。此外许多大型的工业装置工作在临界状态下，对自动控制的可靠性有极高的要求，调节仪表应同整个系统的监控、保护装置配合，使整个系统安全可靠地运行。
气动单元组合仪表
由若干种具有独立功能的标准单元组成的一套气动调节仪表,汉语拼音缩写为QDZ。它用压缩空气作为能源。标准单元是按仪表在自动控制系统和自动调节系统中的作用划分的,各单元间使用统一标准的(20～100千帕)气压信号。这些单元经过不同的组合，可构成不同复杂程度的各种自动检测系统和自动调节系统。气动单元组合仪表广泛应用于各种工业生产自动化过程，特别适宜用在易燃、易爆的场合，还常通过转换单元与电动单元组合仪表联用。
摘要 锅炉汽包水位是锅炉运行中的一个重要的监控参数，它间接反映了锅炉蒸汽负荷与给水流量之间的平衡关系。汽包锅炉给水自动控制的任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在规定的范围内。由于给水系统的复杂性，现有的火电厂全程给水控制采用传统的PID控制，其精确数学模型难以建立，并且系统具有大滞后、时变性等一系列特点，往往难以满足火电机组复杂工况要求，所以许多大型火电厂对现有的全程给水控制提出了优化方案。 本文首先对控制系统进行时域分析，然后介绍PID调节器的调节过程及其参数的整定方法。重点分析了锅炉的给水控制系统，针对汽包水位控制对象的动态特性表现为有惯性、无自平衡能力的特点，采用先进的智能控制算法之一的模糊控制对其进行控制，并利用MATLAB分别对常规PID控制和模糊PID 串级控制进行仿真，结果表明采用模糊PID串级控制方法比常规PID控制方法迟延小、超调量小，使得汽包的动态特性得到优化。 关键词：模糊控制；给水控制；PID控制
Abstract The steam drum water level of boil is important monitoring parameter in a boiler movement, it had reflected indirectly the balance relations between the boiler steam load and the discharge of water. In the steam drum boiler for the water automatic control duty to adapt the boiler transpiration rate for the water volume, maintains the steam drum water level in the stipulation scope. As a result of for the water system complexity, the existing thermoelectric power station entire journey for the water control adopt the traditional PID control, its precise mathematical model establishes with difficulty, when the system has the big lag, denatured and so on a series of characteristics, often with difficulty satisfies the thermal power unit complex operating mode request, therefore many large-scale thermoelectric power stations proposed the optimization plan to the existing entire journey for the water control. First this article has analyzed the time domain of control system, then introduces the PID regulator’s adjustment process and the parameter installation method. And has analyzed great emphasis on the boil for the water control system, the steam drum water control object show the inertia, the non-self regulation ability, uses of a fuzzy control to control it, and separately carries on the simulation using MATLAB to the tradition PID control and the fuzzy PID cascade control, With comparing using the fuzzy PID cascade control method obtain result that is delay slightly, over small, enables the steam drum the dynamic characteristic to obtain the optimization. Keywords: Fuzzy control; For the water control; PID control
RKC日本理化CD系列PID调节器 在工业生产中,通常需要把某递增物理量(如温度\压力\流量\液位等)维持 在指定的数值上.当这些物理量偏离所希望的给定值时,即产生偏差.PID控制仪根据测时信号与给定值,达到自动控制的效果. 模拟PID 比例运算是指输出控制量与偏差的比例关系.仪表比例参数的设定值越大, 控制的灵敏度越高.例如仪表的比例参数P设定为4%,表示测量值偏离给定值4%时,输出控制量变化100% 积分运算的目的是消除静差.只要在偏差存在,积分作用将控制量向使偏差 消除的方向移动.积分时间是表示积分作用强度的单位.仪表设定的积分时间越短,积分作用越强.例如仪表的积分时间设定为240秒时,表示对固定折偏差,积分作用的输出量达到和比例作用相同的输出量需要240秒 比例作用的积分作用是对控制结果的修正动作,响应较慢.微分作用是为了 消除其缺点而补充的,微分作用根据偏差产生的速度对输出量进行修正,使控制过程尽快回到原来的控制状态,微分时间是表示微分作用强度的单位,仪表设定的微分时间越长,则以微分作用进行的修正越强. 位式PID控制 一般PID控制是把连续的电流或电压输出到操作器对系统进行量化控制.而位式PID控制则是仪表按一定的周期,通过控制接点的通断对系统进行控制.在一个周期内,接点的接通和断开的时间长短反映控制量的大小,操作时为100%时,接点在整个周期内完全接通,操作量为0%时,接点在整个周期内完全断开. RKC型号定义 请参照下列代码表确认产品是否与您指定的型号一致 CD□□□□□□* □□□□ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1、规格尺寸 48*48*100（开口：45*45） 48*96*100（开口：45*92） 72*72*100（开口：68*68） 96*96*100（开口：92*92） 2、控制类型： F：PID动作及自动演算（逆动作）
PID调节器 一、设计要求 比例系数、积分时间、微分时间可调，参数自定义。 P、PI、PD、PID可分别设置。 二、设计方案 模拟式PID调节器得电路结构 比例、积分、微分电路经过不同得组合、变换可得到三种不同得结构形式。它们具体如下：结构一:一体式模拟PI D调节电路结构。顾名思义，“一体”即将比例积分微分三者合为一体，用单一结构实现P ID调节功能,其结构限制了其只能实现PID这一单一得调节功能，并且，在调节过程中，无法保证P、I、D调节得独立进行。 结构二:串联式模拟PID调节电路结构。“串联”即将比例电路、比例积分电路、比例微分电路输入与 输出依次串联起来，三者依次作用。其结构形式决定了其输出只能为P、PL PI D运算后得结果。
三、具体电路设计及工作原理说明 该电路分别曲三个模块构成，分别就是比例电路，积分电路，微分电路。三个模块可以分别单独输出或者两两结合，也可以三个模块同时进行输出。 I、比例运算 当J 3、J6断开，J4闭合。J1向上拨接通，J 2向下拨接通时。电路为比例电路。 2、积分电路 当J4、J6断开,J 3闭合。J I、J 5向上接通,J 2任意状态时,电路为积分电路。3、微分电路 当J4、J3断开,J6接通,J5向上接通时，电路为微分电路。 4、比例积分电路 当J3、J6断开J4接通J1向下接通J 6向上接通时，电路为比例积分电路。 5、比例微分电路 当J 3、J6断开,J4接通,J 1、J2、J 5向上接通时，电路为比例微分电路。 6、比例积分微分电路
当J3、J6断开J 4接通,JI. J 5向下接通J2任意状态时，电路为比例积分微分电路。 四、测试结果 1、比例运算 今Oscilloscope-XSCl Q — ey ? 2、积分运算 3、微分运算
实验开放课题结题报告设计课题：PID调节器的设计 专业班级：04电子科学与技术 学生姓名：骆炳福何青丽冯立平 指导教师：曾祥华 设计时间：2006年8月10日
题目：PID调节器的设计 一、设计任务与要求 1.设计一个负反馈放大电路 2.能实现比例运算电路、积分电路和微分电路的功能 二、方案设计与论证 设计一个PID调节器，PID控制器就是根据系统的误差利用比例积分微分计算出控制量，比例积分微分（PID）控制包含比例（P）、积分（I）、微分（D）三部分，实际中也有PI和PD控制器。 上图中给出了一个PID控制的结构图，控制器输出和控制器输入（误差）之间的关系在时域中可用公式表示如下：
公式中表示误差、控制器的输入，是控制器的输出，为比例 系数、积分时间常数、为微分时间常数。式又可表示为： 公式中和分别为和的拉氏变换，， 。、、分别为控制器的比例、积分、微分系数。 三、单元电路设计与参数计算 分析：上面电路中的输入支路和反馈支路中都有电阻、电容元件，因此直接在时域里求出输出与输入的关系比较困难。如果先在S域里求出电路的传递函数（即输出与输入的关系），再利用拉氏反变换得到时域里的输出与输入的关系，这样就比较容易些。 设
由图可知 在对上式进行拉氏反变换，因S表示微分，1/S表示积分。S 一次方表示微分一次，二次方表示微分两次，S负一次方表示积分一次，负两次方表示积分两次。因此式中的第一、第二项表示比例运算，第三项表示微分运算，第四项表示积分运算，所以 上述电路的输出输入关系为比例-积分-微分运算，又称为PID运算。在自动控制系统中经常用作为 PID调节器。 四、总原理图及元器件清单
实验: PID调节器的作用及其参数对系统调节质量的影响 一.实验目的: 1.了解和观测PID基本控制规律的作用，对系统动态特性和稳态特性及稳 定性的影响。 2.验证调节器各参数(Kc，Ti，Td), 在调节系统中的功能和对调节质量的 影响。 二. 实验内容: 1.分别对系统采取比例(P)、比例微分(PD)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID) 控制规律，通过观察系统的响应曲线，分析系统各性能的变化情况。 1.观测定值调节系统（扰动作用时）在各调节规律下的响应曲线。 2.观测调节器参数变化对定值调节系统瞬态响应性能指标的影响。 三. 实验原理: 参考输入量（给定值）作用时，系统连接如图（1）所示: 图（1） 图（2） 四. 实验步骤: 利用MATLAB中的Simulink仿真软件。 l. 参考实验一，建立如图（2）所示的实验原理图；
2. 将鼠标移到原理图中的PID模块进行双击，出现参数设定对话框，将PID 控制器的积分增益和微分增益改为0，使其具有比例调节功能，对系统进行纯比例控制。 3. 单击工具栏中的 图标，开始仿真，观测系统的响应曲线，分析系统性 能；调整比例增益，观察响应曲线的变化，分析系统性能的变化。 4. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例微分控制，观测系统的响应曲线， 分析比例微分控制的作用。 5. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例积分控制，观测系统的响应曲线， 分析比例积分控制的作用。 6. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例积分微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分微分控制的作用。 (1) P=1,I=0,D=0 (2) P=0.618,I=0,D=0 (3) P=0.618,I=0.1,D=0 (4) P=0.618,I=1,D=0
PID调节器 、设计要求 比例系数、积分时间、微分时间可调，参数自定义。 P、Pl、PD、PID可分别设置。 二、设计方案 模拟式PID调节器的电路结构 比例、积分、微分电路经过不同的组合、变换可得到三种不同的结构形式。它们具体如下：结构一：一体式模拟PID调节电路结构。顾名思义，“一体”即将 比例积分微分三者合为一体，用单一结构实现PID调节功能，其结构限制了其 只能实现PID这一单一的调节功能，并且，在调节过程中，无法保证P、I、D 调节的独立进行。 结构二：串联式模拟PID调节电路结构。“串联”即将比例电路、比例积分电路、 比例微分电路输入与 输出依次串联起来，三者依次作用。其结构形式决定了其输出只能为P、PI、PID 运算后的结果。 三、具体电路设计及工作原理说明
该电路分别由三个模块构成，分别是比例电路，积分电路，微分电路。三个 模块可以分别单独输出或者两两结合，也可以三个模块同时进行输出。 1、比例运算 2、积分电路 当J4、J6断开，J3闭合。J1、J5向上接通，J2任意状态时，电路为积分电 路。 3、微分电路 4、比例积分电路 当J3、J6断开，J4接通，J1向下接通，J6向上接通时，电路为比例积分电 路。 5、比例微分电路 当J3、J6断开，J4接通，J1、J2、J5向上接通时，电路为比例微分电路 XFG1 R5 -VA — ：2.5kO'' J2 .......... 0— U2 J1 --■> 6 Ke^* Space 4 …* 1 1 寸 288RT 「惟応莎： :::R4 ?-LumJu R1 ~VA — :25KQ : C2 -II — --10uF ：：：：/：：: ------ _ ；R3 葩％ J4- —o ----- o- Key^A Key-A .：：：：：：： ： 32A8RT 10uF 当J3、J6断开，J4闭合。J1向上拨接通, J2向下拨接通时。电路为比例电 当J4、J3断开，J6接通, J5向上接通时，电路为微分电路 2 T i- IJ1 XSC1
课 程 实 习 报 告 实习名称： PID 调节器 学生姓名： 学 号： 专业班级： 建筑电气与智能化2班 指导教师： 完成时间： 报告成绩： 题目：PID 调节器的设计
摘要 目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器﹑传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。 关键词：比例带δ；PID的输入偏差△e；积分作用；微分作用；被调量；静差。 一、设计任务与要求 1.设计一个负反馈放大电路 2.能实现比例运算电路、积分电路和微分电路的功能 二、方案设计与论证 设计一个PID调节器，PID控制器就是根据系统的误差利用比例积分微分计算出控制量，比例积分微分（PID）控制包含比例（P）、积分（I）、微分（D）三部分，实际中也有PI和PD控制器。 图2.1 上图中给出了一个PID控制的结构图，控制器输出和控制器输入（误差）之间的关系在时域中可用公式表示如下：
（1-1） 公式中表示误差、控制器的输入，是控制器的输出，为比例 系数、积分时间常数、为微分时间常数。式又可表示为： 公式中和分别为和的拉氏变换，， 。、、分别为控制器的比例、积分、微分系数。 三、单元电路设计与参数计算 图3.1 分析：上面电路中的输入支路和反馈支路中都有电阻、电容元件，因此直接在时域里求出输出与输入的关系比较困难。如果先在S域里求出电路的传递函数（即输出与输入的关系），再利用拉氏反变换得到时域里的输出与输入的关系，这样就比较容易些。
PID 控制器设计 一、PID 控制的基本原理和常用形式及数学模型 具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称PID 控制器。这种组合具有三种基本规律各自的特点，其运动方程为： dt t de dt t e t e t m K K K K K d p t i p p ) ()()()(0 ++=? (1-1) 相应的传递函数为： ??? ? ??++=S S s K K K G d i p c 1)( S S S K K K d i p 1 2 ++? = (1-2) PID 控制的结构图为： 若14 二、实验内容一： 自己选定一个具体的控制对象(Plant)，分别用P 、PD 、PI 、PID 几种控制方式设计校正网络（Compensators ），手工调试P 、I 、D 各个参数，使闭环系统的阶跃响应（Response to Step Command ）尽可能地好（稳定性、快速性、准确性） 控制对象(Plant)的数学模型： ()()??? ? ??++=115.01 )(S S S G 2 322++=S S 实验1中，我使用MATLAB 软件中的Simulink 调试和编程调试相结合的方法 不加任何串联校正的系统阶跃响应： （1） 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 控制方式的系统结构图如下： 取Kp=1至15，步长为1，进行循环测试系统，将不同Kp 下的阶跃响应曲线绘制在一张坐标图下： 1. PID调试步骤没有一种控制算法比PID调节规律更有效、更方便的了。现在一些时髦点的调节器基本源自PID。甚至可以这样说：PID调节器是其它控制调节算法的吗。为什么PID应用如此广泛、又长久不衰？因为PID解决了自动控制理论所要解决的最基本问题，既系统的稳定性、快速性和准确性。调节PID的参数，可实现在系统稳定的前提下，兼顾系统的带载能力和抗扰能力，同时，在PID调节器中引入积分项，系统增加了一个零积点，使之成为一阶或一阶以上的系统，这样系统阶跃响应的稳态误差就为零。由于自动控制系统被控对象的千差万别，PID的参数也必须随之变化，以满足系统的性能要求。这就给使用者带来相当的麻烦，特别是对初学者。下面简单介绍一下调试PID参数的一般步骤：1．负反馈自动控制理论也被称为负反馈控制理论。首先检查系统接线，确定系统的反馈为负反馈。例如电机调速系统，输入信号为正，要求电机正转时，反馈信号也为正（PID算法时，误差=输入-反馈），同时电机转速越高，反馈信号越大。其余系统同此方法。2．PID调试一般原则 a.在输出不振荡时，增大比例增益P。 b.在输出不振荡时，减小积分时间常数Ti。 c.在输出不振荡时，增大微分时间常数Td。3．一般步骤 a.确定比例增益P 确定比例增益P 时，首先去掉PID的积分项和微分项，一般是令Ti=0、Td=0（具体见PID的参数设定说明），使PID为纯比例调节。输入设定为系统允许的最大值的60%~70%，由0逐渐加大比例增益P，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例增益P逐渐减小，直至系统振 荡消失，记录此时的比例增益P，设定PID的比例增益P为当前值的60%~70%。比例增益P调试完成。 b.确定积分时间常数Ti 比例增益P确定后，设定一个较大的积分时间常数Ti的初值，然后逐渐减小Ti，直至系统出现振荡，之后在反过来，逐渐加大Ti，直至系统振荡消失。记录此时的Ti，设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%~180%。积分时间常数Ti调试完成。 c.确定积分时间常数Td 积分时间常数Td一般不用设定，为0即可。若要设定，与确定P和Ti的方法相同，取不振荡时的30%。 d.系统空载、带载联调，再对PID参数进行微调，直至满足要求。 2.PID控制简介目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。控制器的输出经过输出接口﹑执行机构﹐加到被控系统上﹔控制系统的被控量﹐经过传感器﹐变送器﹐通过输入接口送到控制器。不同的控制系统﹐其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校 实验三 PID 调节器及参数整定 一、实验目的： 通过Simulink 仿真，使学生了解PID 控制器的参数（P 、I 、D ）对系统性能（动态性能和稳态性能）的影响。 二、 实验设备 PC 机及MATLAB 平台 三、实验原理及方法 1、模型文件的建立 在命令窗口（matlab command window ）键入simulink （或在MATLAB 窗口中单击按纽），就出现一个称为Simulink Library Browser 的窗口。在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称。以往十分困难的系统仿真问题，用SIMULINK 只需拖动鼠标即可轻而易举地解决问题。 若想建立一个模型文件（.mdl ），则选取文件/New/Model 菜单项，Simulink 就会打开一个名为Untiled 的模型窗口。 2、SIMULINK 环境介绍 双击simulink 库中模块simulink 前面的“+”就出现如图所示的窗口。此即是SIMULINK 环境。一般而言，simulink 提供以下8类模块。 （1）Continuous:连续模块 （2）Discrete ：离散模块 （3）Functions & Table:函数和表格模块 （4）Math ：数学模块 （5）Nonlinear ：线性模块 （6）Signals & Systems ：信号和系统模块 （7）Sinks ：输出设备模块 （8）Sources ：输入源模块 3、SIMULINK 仿真的运行 前面我们介绍了如何创建一个Simulink 模型，构建好一个系统的模型之后，接下来的事情就是运行模型，得出仿真结果。运行一个仿真的完整过程分成三个步骤：设置仿真参数，启动仿真和仿真结果分析。 四、实验内容： 1、被控制对象传递函数为2 400 G(s)s(s 30s 200) = ++，试设计PID 调节器，研究比例调节器（P ）、比例积分调节器（PI ）、比例微分积分调节器（PID ）对系统性能的影响； 原仿真系统仿真框图： PID调节参数参数经验值说明 比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。 积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。反之Ti 大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。 微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。 在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。 PID参数的含义: 比例系数P：增大比例系数P一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。 积分时间Ti：增大积分时间Ti有利于减小超调，减小振荡，使系统的稳定性增加，但是系统静差消除时间变长。 微分时间Td：增大微分时间Td有利于加快系统的响应速度，使系统超调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱。 PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作﹔(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期﹔(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。 一般步骤 a.确定比例增益P 确定比例增益P 时，首先去掉PID的积分项和微分项，一般是令Ti=0、Td=0（具体见PID的参数设定说明），使PID为纯比例调节。输入设定为系统允许的最大值的60%~70%，由0逐渐加大比例增益P，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例增益P逐渐减小，直至系统振荡消失，记录此时的比例增益P，设定PID的比例 实验六 PID调节器的作用及其参数对系统 调节质量的影响 一.实验目的: 1.了解和观测PID基本控制规律的作用，对系统动态特性和稳态特性及稳 定性的影响。 2.验证调节器各参数(Kc，Ti，Td), 在调节系统中的功能和对调节质量的 影响。 二. 实验内容: 1.分别对系统采取比例(P)、比例微分(PD)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID) 控制规律，通过观察系统的响应曲线，分析系统各性能的变化情况。 1.观测定值调节系统（扰动作用时）在各调节规律下的响应曲线。 2.观测调节器参数变化对定值调节系统瞬态响应性能指标的影响。 三. 实验原理: 参考输入量（给定值）作用时，系统连接如图（6-1）所示: 图（6-1） 扰动信号作用时，系统连接如图（6-2）所示： 图（6-2） 四. 实验步骤: 利用MATLAB中的Simulink仿真软件。 l. 参考实验一，建立如图(6-1)所示的实验原理图； 2. 将鼠标移到原理图中的PID模块进行双击，出现参数设定对话框，将PID 控制器的积分增益和微分增益改为0，使其具有比例调节功能，对系统进行纯比例控制。 3. 单击工具栏中的图标，开始仿真，观测系统的响应曲线，分析系统性 能；调整比例增益，观察响应曲线的变化，分析系统性能的变化。 4. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例微分控制，观测系统的响应曲线， 分析比例微分控制的作用。 5. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例积分控制，观测系统的响应曲线， 分析比例积分控制的作用。 6. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例积分微分控制，观测系统的响应曲 线，分析比例积分微分控制的作用。 7. 参照实验一的步骤，绘出如图(6-2)所示的方块图; 8. 将PID控制器的积分增益和微分增益改为0，对系统进行纯比例控制。不断 修改比例增益，使系统输出的过渡过程曲线的衰减比n=4，记下此时的比例增益值。 9. 修改比例增益，使系统输出的过渡过程曲线的衰减比n=2，记下此时的比例 增益值。 10. 修改比例增益，使系统输出呈临界振荡波形,记下此时的比例增益值。 11. 将PID控制器的比例、积分增益进行修改，对系统进行比例积分控制。不断 PID 调节器 将生产过程参数的测量值与给定值进行比较，得出偏差后根据一定的调节规律产生输出信号推动执行器消除偏差量，使该参数保持在给定值附近或按预定规律变化的控制器，即为调节器，又称调节仪表。通常，调节器分为模拟调节器和数字调节器。 对被调量与给定值的偏差分别进行比例、微分和积分运算，取其和构成连续信号以控制执行器的模拟调节器，它的全称是比例积分微分调节器。这种调节器在工业生产中应用十分广泛。PID 调节器的输入信号e （偏差）和输出信号P 之间的函数关系可用下式表示： ()()()()()?? ????++=?t t d t de Td t d t e Ti t e Kp p 01 式中Kp 为调节器的放大系数，T i 为调节器的积分时间,T d 为调节器的微分时间。输出变化量 P 包含输入变化量的比例项、输入变化量对时间的积分和微分三项，它们分别称为比例作用、积分作用和微分作用。比例作用的校正作用强，稳定性好，但对被调量的调节作用最终达不到给定值,始终存在余差（又称为静态误差）（图1）。积分作用决定于偏差的存在与否,只要有偏差，积分作用就存在,直到偏差消除为止。因此积分作用能消除余差。微分作用总是阻止被控总量的变化(图2)，偏差刚产生时就发生信号进行调节，故有超前作用，能克服调节对象和传感器惯性的影响，增加系统的稳定性。图3表现了在比例(P )作用、比例积分 (PI)作用和比例积分微分(PID)作用下被调量y 的变化过程。可以看出,比例积分微分作用为最佳，能迅速地使y 达到给定值x 。比例积分作用则需要稍长的时间,比例作用则最终达不到给定值,而有余差。具有比例作用的比例调节器和具有比例积分作用的比例积分调节器广泛应用在各个领域。 PID调节经验 一、了解PID控制的原理和特点 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制：比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。 积分（I）控制：在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分（D）控制：微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 二、我们考虑在什么情况下可以投入自动? 1、设定值不是经常改变的时候； 2、运行工况比较稳定的时候； 根据氯代实际情况，我们有温度PID控制，我们只有在保温时才可以投入自动，加入氯气时可投入自动。 三、我们投入自动后参数应怎么观察？ 在温度系统、液位系统中它的控制对象具有大惯性和时滞特性，并且在实际现场中有大量的干扰源，所以就会导致输出不能及时跟踪设定值、反应扰动情况，如果控制不当的话，就会影响系统的快速性、稳定性，超调和振荡会出现很大地变化；设备会随着时间的推移逐渐老化，系统参数也会形成变化。 每一个自动控制过程基本都有相对应的仪表参数。通过仪表连续检测各工艺参数，仪表测定值与设定值之间连续进行比较、反馈，根据这些参数的数据进行手动或自动控制，为了保证自动控制稳定。该仪器还具有连续检测，报警功能，便于及时处理事故。因此，仪表是实现自动控制的前提条件。 四、投入自动后，控制参数不稳定怎么办？ 先切回手动控制，在手动状态下控制阀门使被控参数稳定，然后根据趋势比较修改PID 参数，然后再投入自动。PID调节的详细说明
自动控制理论 实验三 PID调节器及参数整定
PID调节经验值说明
PID调节器的作用及其参数对系统
PID调节器
PID调节经验
相关主题
文本预览