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PID控制器的动态特性

PID控制器的动态特性
PID控制器的动态特性

实验三PID控制器的动态特性

姓名:朱仁平学号:2011124100 年级专业:11机电

一、实验目的

1、熟悉PI、PD和PID三种控制器的结构形式。

2、通过实验,深入了解PI、PD和PID三种控制器的阶跃响应特性和相关参数对它们性能的影响。

二、实验仪器

1、TKKL-1控制理论实验箱1台

2、TDS1001B数字存储示波器1台

3、万用表1只。

4、U盘1只(学生自备)。

三、实验原理

PI、PD和PID三种控制器原理图。

(1)PD控制器电路如图2所示,其传递函数为:G(s)=-K P(T D S+1) ,其中

Kp=R2/R1,T D=R1C1,R1=100KΩ,R2=200KΩ,C=0.1uF

图1 PD控制器原理图

(2)PI控制器

PI控制器电路如图2所示,其传递函数为:G(s)=-K P(1+ 1/T I S) ,其中Kp=R2/R1, T I=R2C, R2=200KΩ,R1=100KΩ,C=1uF

图2 PI控制器原理图

(3)PID控制器如图3所示,为PID控制器的电路图,其传递函数为:G(s)=-K P(1+

1/T I S+ T D S) ,其中τ1=R1C1,τ2=R2C2,Ti=R1C2,Kp=(τ1+τ2)/TI ,TI=τ1+τ2,

T D=(τ1τ2)/(τ1+τ2),C1=2uF,C1=1uF,R1=100KΩ,R2=200KΩ

图3 PID控制器原理图

四、实验内容

1、按其原理图连线,令U i=1.06V,C=1uF,用示波器测试R1=100KΩ和R2为200KΩ时的PD控制器的输出波形。

2、令U i=1.06V,C=1uF,用示波器测试R1=100KΩ和R2=200KΩ时的PI控制器的输出

波形。

3、令U i=1.06V,设计PID控制器的有关参数,并用示波器测试PID控制器的输出波形。其中R1=100KΩ,C1=2u F,R2=200KΩ,C2=1uF。

五、实验报告要求

1、画出PD、PI和PID三种控制器的实验线路图,并注明具体的参数值。

PD控制器

PI控制器

PID控制器

PD控制器G(s)=0.2s+2

PI控制器G(s)= 10/s+2

PID控制器G(s)=3+10/s+s/5

3、根据实验,画出三种控制器的单位阶跃响应曲线,并与理想输出波形作分析比较。

由实验和曲线和理论曲线可以得知,由于系统存在稳定误差,波形有一点点变化,但是和理论波形差别不大。

4、分析有关参数对三种控制器性能的影响。

●比例系数比例系数Kp对系统性能的影响

1、对系统的动态性能影响:Kp加大将使系统响应速度加快。Kp偏大时,系统振荡次数增多,调节时间加长。Kp太小又会使系统的响应速度缓慢。Kp的选择以输出响应产生4:1衰减过程为宜。

2、对系统的稳态性能影响:在系统稳定的前提下,加大Kp可以减少稳态误差,但不能消除稳态误差。因此Kp的整定主要依据系统的动态性能。

●积分时间TI对系统性能的影响

1、对系统的动态性能影响:积分控制通常影响系统的稳定性。TI太小,系统可能不稳定,且振荡次数较多。TI太大,对系统的影响将削弱。当TI较适合时,系统的过渡过程特性比较理想。

2、对系统的稳态性能影响:积分控制有助于消除系统稳态误差,提高系统的控制精度。但若TI太大,积分作用太弱,则不能减少余差。

●微分时间TD对系统性能的影响

1,对系统的动态性能影响:微分时间TD的增加即微分作用的增加可以改善系统的动态特性。如减少超调量,缩短调节时间等。适当加大比例控制,可以减少稳态误差 提高控制精度。但TD值偏大或偏小都会适得其反。另外微分作用有可能放大系统的噪声 降低

系统的抗干扰能力。

2、对系统的稳态性能影响:微分环节的加入,可以在误差出现或变化瞬间,按偏差变化的趋向进行控制。它引进一个早期的修正作用,有助于增加系统的稳定性。PID控制器的参数必须根据工程问题的具体要求来考虑。在工业过程控制中,通常要保证闭环系统稳定。对给定量的变化能迅速跟踪,超调量小。在不同干扰下输出应能保持在给定值附近,控制量尽可能地小。在系统和环境参数发生变化时控制应保持稳定。一般来说,要同时满足这些要求是很难做到的。必须根据系统的具体情况,满足主要的性能指标。同时兼顾其它方面的要求。在选择采样周期T时,通常都选择T远远小于系统的时间常数。因此,PID参数的整定可以按模拟控制器的方法来进行。

六、思考题

实验得到的PD和PID输出波形与它们的理想波形是否一致?产生不一致的原因是什么?

答:不一致。因为:

1、PD没有积分环节,必然存在稳态误差。

2、PID经过积分环节,不存在稳态误差,并且积分环节有惯性作用,相当于低通滤波器,输出波形高频噪声相对较小。

PID调节器的调节过程及其参数的整定方法

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

智能PID调节器的使用

课前准备:多媒体课件制作、演示实验设备调试、以4人/小组进行分组。 一、课程导引——调节器的作用 调节器在自动控制系统中的作用——将测量输入信号值PV与给定值SV进行比较,得出偏差e,然后根据预先设定的控制规律对偏差e进行运算,得到相应的控制值,并通过输出口以4~20mA,DC电流(或1~5V,DC电压)传输给执行器。故此,实际调节器均具有一定数量的输入端口和输出端口。另外,在调节器上一般都有测量值、输出值和给定值的显示功能,极大地方便了人们对仪表的调整及系统监控的操作。各类智能PID调节器的功能与结构基本相同,这里我们结合实验装置上所用福建宇光生产的智能PID调节器为例,说明其主要功能、结构和操作方法。 二、产品知识——AI-808人工智能调节器说明书(35分钟)

三、动手实践——智能PID 调节器的参数设置(35分钟) 接下来我们通过实际操作来掌握智能PID 调节器的基本使用。 1、准备工作 (1)按图示联接好线路(应注意到实验线路中将变送器的输出值通过250Ω电阻转换后,以1~5V 电压方式输入到调节器内),检查无误后,给调节器和变送器通上电源。 L 1L 2L 3 N 图1 锅炉液位控制系统图

(2)观察显示屏的数据意义。调节器上方标有PV 字母代表是测量数据,下方是输出值和给定值共用的显示窗口,初始状态显示给定值,按住增加(减少)键,可改变设定值的大小。 2、操作练习 (1)手动/自动切换操作。调节器默认的是自动运行方式,当要进行手动改变输出值时,操作方法: (2)基本参数设置。基本参数的设置内容包括输入输出信号方式、控制方式等,操作方法如下: 无特殊要求时其它参数可采用默认设置。大家试着动一动 四、理论提高——调节器的PID 控制规律(100分钟) 通过刚才训练,大家掌握了调节器的基本操作。但要使调节器发挥合理的调节功能,需设置好调节器的PID 参数。而这必须熟悉调节器的控制规律,在此,我们共同学习这部分知识,之后通过实验进行验证。讲自动控制离不开PID 控制规律,它是适用性最强、应用最广泛的一种控制规律。其本质是对偏差e 进行比例、积分和微分的综合运算,使调节器产生一个能使偏差至零或很小值的控制信号u (t )。 所谓调节器的控制规律就是指调节器的输入e (t )与u (t )输出的关系,即 ()[]t e f t u =)( (1) 在生产过程常规控制系统中,应用的基本控制规律主要有位式控制、比例控制、积分控制和微分控制。本课程主要讲解比例控制、积分控制和微分控制,由于运算方法不同,对控制系统的影响就不一样。这里首先分析一下比例控制规律的作用。 1、比例控制规律 比例控制规律(P)可以用下列数学式来表示: e K u c =? (2) 式中 △u ——控制器输出变化量;

PID调节器说明书

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调节器说明书[2]

一、概述 SLRT系列智能PID调节仪是一种测量调节精度高,功能强的数字显示调节仪,它可为第一流的尖端设备提供优质服务,广泛地用于炼油、化工、冶金、建材、轻工、电子等行业温度、压力、流量、液位的自动检测和自动控制。 二、主要技术指标 1、测量精度:0.3级 2、报警输出:等同测量精度 3、PID无扰动稳态,温度±2℃ 4、变送输出精度:±0.3%FS 负载能力:0-600∩ 5、输入特性要求:0-10mA:500∩、4-20mA:250∩、DC.V:≥200K∩热电偶及DC.mV: ≥10M∩冷端自动补偿精度0-40℃范围内±0.3℃热电阻:三线制输入3×10∩以内完全补偿 6、继电器接点容量:AC220V 7A 7、过零触发式外接可控硅(可控硅小于500A)。 8、供电电源:AC220V±10%、直流DC24V±10%供选择 9、功耗:≤15W 10、工作环境:温度0-50℃、相对温度:<85%,无腐蚀性气体,无震动场合 11、控制参数:比例带(P):0-999.9%可调 积分时间(I):3-9999S可调 微分时间(d):1-9999S可调 调节周期(t):1-65S可调 12、可以接受的输入信号: 8种热电偶温度信号:K、E、S、B、J、T、EA、N 5种热电阻温度信号:Pt100、Cu100、Cu50、G53、BA1、BA2 3种线性mV信号:0-20mV、0-100mV、0-500mV 远传压力表等线性电阻信号:0-400∩ 2种线性mA信号:0-10mA、4-20mA 2种线性直流V信号:0-5V、1-5V 三、面板型式 “SET”设定键:在正常运行状态下,按下该键可查看有关设定值的参数,此时上排主显示窗显示参数名称代号,下排付显示窗显示参数值。停止按键1 分钟或同时按下退到正常运行状态。进入设定状态,当显示SP1(第一报警参数)符号时,键入,主显示窗显示“SEL”,辅助显示窗显示“555”.输入象征操作权限的密码后,进入正式设定状态。 “RIGHT”光标键:在设定状态下,每按一次光标键右移一位,如此反复,光标在下排辅助窗口上作周而复始的移动,光标所在的位置为设定操作的有效位置。 “∨”减少键:在设定状态下为减少,每按此键一次。光标位置的数码管减少1个字。在手动状态下按此键为输出减少。 “∧”增加键:在设定状态下为增加,每按此键一次。光标位置的数码管增加1个字。在手动状态下按此键为输出增加。

PID调试步骤(应用最为广泛的调节器控制规律)

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.确定微分时间常数Td 微分时间常数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

PID调节器

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

调节器的PID参数整定(精)

调节器的PID参数整定 临界比例带法 临界比例带法,是过去应用较广的一种整定参数的方法,它的特点是,可以不需要求得被控制对象的特性,而直接的闭合的控制系统中进行整定。 如果一个自动控制系统,在外界干扰作用后,不能回复到稳定的平衡状态,也不发散,而是产生一种等幅的震荡,这样的控制过程,称为临界震荡过程,如图所示,图中TK是被控参数,Y的临界周期TK,被控参数处于临界震荡过程时,调节器的比例带称为临界比例带PK。 临界比例带法整定调节器参数是在纯比例作用下,在闭合控制系统中,从大到小逐步改变调节器的比例带P(%),以便得到上述的临界震荡过程,然后,确定临界比例带PK和临界周期TK的数值,根据表4-1所例的经验公式,计算出各类调节器相应的各个特性参数值。

具体步骤如下 ①.先通过手动操作器,使工艺状态稳定一段时间。 ②.调节器除比例作用外,其他的控制都切除(积分时间,放在最 大。微分时间放在零处) 3.改变调节器的比例带,先是逐步减小调节器的比例带,细心观察输出电流和控制过程的变化情况,如果控制过程是衰减的,则把比例带连续放小,如果控制过程是发散的,则把比例带放大,直接持续4-5次等幅震荡为止,此时的比例带就是临界比例带pk,来回震荡一次的时间,亦即从震荡的一个顶点到相邻同期的第一个顶点所需要的时间(分)就是临界周期Tk。 4.有3pk和Tk,就可以根据表4-1的经验公式,求得各类调节器的各

个参数p。. Td值。 5,求得具体数值后,先把比例带放在比计算值大一些的数值上,然后把积分时间放到求得的数值上,如果需要,再放上微分的时间,最后把比例减少到计算值上。 二.衰减曲线法 衰减曲线法是在总结临界比例带法和其它一些方法的基础上,经过反复实验后提出来的,这种方法,不需要进行大量的凑式,也不需要得到临界震荡过程,而直接求得调节器的比例带,这种方法有两种,一种是4:1衰减曲线法,一直是10:1衰减曲线法,下面着重介绍4:1衰减曲线法。 大家都知道纯比例作用下的一个自动控制系统,在比例带逐步减少的过程中就会出现如图4-25所示的控制过程,这时控制过程的比例带称为4:1衰减比例带Ps,两个相邻波峰之间的时间称为为4:1衰减TS,4:1衰减曲线法,就是要在纯比例作用下的闭合控制系统中求得Ps。TS,从而计算出来P。T及Td,具体整定步骤如下。 1.熟悉感应卡、工艺流程,了解操作指标,掌握控制系统的组成。 2.把积分时间放到最大,微分时间放到零,待控制系统稳定后,逐 步减少比例带,观察输出电流和控制过程的波动情况,直到出现4:1的衰减过程为止,记下4:1的衰减比例带Ps和操作周期TS 3.根据Ps和TS按照表4-2所列的经验公式,求得各类调节器的相 应参数的具体数值。 4.先把比例带放到一个比计算值大一点的数值上,然后放上积分时

模拟电路PID调节器要点

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

PID调节器的认识及应用

PID调节器的认识及应用 PID是比例、积分、微分的简称,PID控制的难点不是编程,而是控制器的参数整定。参数整定的关键是正确地理解各参数的物理意义,PID控制的原理可以用人对炉温的手动控制来理解。阅读本文不需要高深的数学知识。 1.比例控制 有经验的操作人员手动控制电加热炉的炉温,可以获得非常好的控制品质,PID 控制与人工控制的控制策略有很多相似的地方。 下面介绍操作人员怎样用比例控制的思想来手动控制电加热炉的炉温。假设用热电偶检测炉温,用数字仪表显示温度值。在控制过程中,操作人员用眼睛读取炉温,并与炉温给定值比较,得到温度的误差值。然后用手操作电位器,调节加热的电流,使炉温保持在给定值附近。 操作人员知道炉温稳定在给定值时电位器的大致位置(我们将它称为位置L),并根据当时的温度误差值调整控制加热电流的电位器的转角。炉温小于给定值时,误差为正,在位置L的基础上顺时针增大电位器的转角,以增大加热的电流。炉温大于给定值时,误差为负,在位置L的基础上反时针减小电位器的转角,并令转角与位置L的差值与误差成正比。上述控制策略就是比例控制,即PID控制器输出中的比例部分与误差成正比。 闭环中存在着各种各样的延迟作用。例如调节电位器转角后,到温度上升到新的转角对应的稳态值时有较大的时间延迟。由于延迟因素的存在,调节电位器转角后不能马上看到调节的效果,因此闭环控制系统调节困难的主要原因是系统中的延迟作用。 比例控制的比例系数如果太小,即调节后的电位器转角与位置L的差值太小,调节的力度不够,使系统输出量变化缓慢,调节所需的总时间过长。比例系数如果过大,即调节后电位器转角与位置L的差值过大,调节力度太强,将造成调节过头,甚至使温度忽高忽低,来回震荡。 增大比例系数使系统反应灵敏,调节速度加快,并且可以减小稳态误差。但是比例系数过大会使超调量增大,振荡次数增加,调节时间加长,动态性能变坏,比例系数太大甚至会使闭环系统不稳定。 单纯的比例控制很难保证调节得恰到好处,完全消除误差。 2.积分控制

PID调节器的作用及其参数对系统调节质量的影响

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控制及其典型工程应用

PID控制及其典型工程应用 摘要:闭环自动控制技术都是基于反馈的概念以减少不确定性。反馈理论的要素包括三个部分:测量、比较和执行。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。 0引言 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、输入输出接口利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器,能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC),还有可实现PID控制的PC系统等等。可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制,而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连,如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID控制功能的控制器,如Rockwell 的Logix产品系列,它可以直接与ControlNet相连,利用网络来实现其远程控制功能。 1PID控制原理 工程实际中,应用最为广泛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。当被控对象结构和参数不能完全掌握,或不到精确数学模型时,控制理论其它技术难以采用时,系统控制器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﹐或不能有效测量手段来获系统参数时,最适合用PID控制技术。PID控制,实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是系统误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制。

PID调节器的调节过程及其参数的整定方法3

PID调节器的调节过程及其参数的整定方法 姓名: 班级: 专业: 时间: 指导老师: 南京工程学院

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。由于给水的系统的复杂性,现有的火电厂全程给水控制采用传统的PID控制,使精确数模型难以建立,并且系统具有大滞后、时变性等一系列特点,往往难以满足火电组复杂工况要求,所以许多大型火电力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控制器的调节过程及其参数的整定的方法。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与惯性、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控制方法延迟小、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

目录 引言 第一章PID的控制及其调节过程 1.1 比例调节(P调节) 1.2 积分调节(I调节) 1.3 比例积分调节(PI调节) 1.4 比例积分微分调节(PID调节) 第二章锅炉给水控制系统分析 2.1 给水控制任务 2.2 给水控制对象的动态特性 2.2.1 给水流量扰动下水位的动态特性 2.2.2 蒸汽流量扰动下水位的动态特性 2.3 3000MW单元机组给水全程控制系统实例第三章系统仿真 3.1 PID的系统仿真 3.2 模糊自适应PID控制系统仿真 3.3 两种控制方法的比较 结论 参考文献 设计体会 致谢

智能PID调节器

STB系列 智能调节器 使用说明 广州市新工控自动化仪表有限公司 (2006年第一版)

目录 一、概述 (2) 二、主要功能特点 (3) 三、主要技术指标 (4) 四、选型表 (4) 五、仪表面板布置及其说明 (7) 六、功能菜单的操作 (9) 七、端子接线图 (16) 八、附录 (19) 九、仪表维修 (20) 十、仪表装箱 (20) 十一、订货须知 (20) 一、概述 STB—12系列智能调节器是采用国际上最新数字集成技术和根据国内工业

自动控制的实际需求而研制开发的新一代高品质智能化仪表。 STB —12系列智能调节器仪表硬件大幅度减少,没有电位器等可动器件,可靠性和稳定性显著提高,仪表参数设置、功能方式选择、模拟量输入输出的准确度校验均由面板键钮设定和完成。 STB —12系列智能调节器能够接受外控自动开关量信号,实现上位机对调节器工作状态的转换和诊断。多个模拟量输出可驳接计算机模拟接口,实现上位机对工况的数字监视和管理。 STB —12系列智能调节器采用先进的仿人智能控制理论,具有自识别系统和专家PID 算法,自动整定PID 参数,实现工况的最优控制。 该系列仪表广泛适用于化工、石油、冶金、轻工、食品、电力、能源管理、机械制造等各个领域。 二、主要功能特点 1、 仪表操作简单,通用性强,一表多用。用户通过软件组态,可实现多 种信号类型输入和多种调节、控制输出,大大减少了备用仪表的数量和费用; 2、 输入采用数字自校准技术,消除了温漂和时漂引起的测量误差,从而 保证了仪表的测量精度和长期稳定性; 3、 仪表采用数字滤波技术,能够识别、抑制工况系统中测量信号伴随的 低频扰动及不规则干扰源,从而提高了抗干扰能力; 4、 测量值、给定值、阀位、控制量等多重数显和光柱指示; 5、 测量输入信号可进行开方及小信号切除(直接对流量进行控制); 6、 调节输出上、下限限幅设定; 7、 PID 调节正反作用选择。给定值及PID 参数在线无扰动设置; 8、 手 9、 输入过量程及断阻、断偶、断线等故障的告诫提示; 10、伺服功能,取代常规的伺服放大器,直接控制电机正、反转; → ← 自动双向无扰动平滑切换,手、自动状态指示和状态输 出(可驳接上位机);

PID调节器

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

PID控制器应用

课程设计报告 题目 PID控制器应用 课程名称 院部名称 专业 班级 学生姓名 学号 课程设计地点 课程设计学时 指导教师 金陵科技学院教务处制

1.课程设计应达到的目的 应用所学的自动控制基本知识与工程设计方法,结合生产实际,确定系统的性能指标与实现方案,进行控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术,通过在MATLAB软件上建立控制系统的数学模型,对控制系统进行性能仿真研究,掌握系统参数对系统性能的影响。 2.课程设计题目及要求 1)单回路控制系统的设计及仿真。 2)串级控制系统的设计及仿真。 3)反馈前馈控制系统的设计及仿真。 4)采用Smith 补偿器克服纯滞后的控制系统的设计及仿真。 3.课程设计任务及工作量的要求 1).单回路控制系统的设计及仿真。 (a)已知被控对象传函W(s) = 1 / (s2 +20s + 1)。 (b)画出单回路控制系统的方框图。 (c)用MatLab的Simulink画出该系统。 (d)选PID调节器的参数使系统的控制性能较好,并画出相应的单位阶约响应曲线。注明所用PID调节器公式。给定值为阶跃响应幅值为3 。ID调节器公式Wc(s)=50+3/s+5s. 有积分作用的单回路控制系统:

(e)修改调节器的参数,观察系统的稳定性或单位阶约响应曲线,理解控制器参数对系统的稳定性及控制性能的影响?(需要回答) 无积分作用的单回路控制系统:Wc(s)=50+5s. 大比例作用单回路控制系统:Wc(s)=50. 比较三条响应曲线可以看出,两个PID参数均不如前面的理想。增大微分时间有利于加快系统的响应速度,减小系统的超调,增大积分时间有利于减小超调,减小震荡,但消除静差的时间变长。增大比例系数一般能加快系统的响应,但是过大的比例系数会使系统有较大的超调。

PID调节器

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

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:

PID调节的详细说明

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

自动控制理论 实验三 PID调节器及参数整定

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:

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