1、1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
2、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；22. 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
3、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=03(5) P=0.618,I=1,D=0.1(6) P=0.618,I=1,D=1(7) P=1.8 I=0 D=0(8)P=1.8 I=0.6 D=0(9) P=1.8 I=1.4 D=0五.思考题:1.比例微分控制规律对改变系统的性能有什么作用？42.比例积分控制规律对改变系统的性能有什么作用？3. 定
4、值调节系统与随动调节系统其响应曲线有何区别? 4.在阶跃响应曲线中定义其时域指标，两种调节系统有什么异同点?5.Kc、Ti 及 Td 改变后对系统控制质量的影响?6.分析积分作用的强弱，对系统有何影响？答：1、 PD 控 制 器 中 的 微 分 控 制 规 律 ， 能 反 应 输 入 信 号 的 变 化 趋 势 ， 产 生 有 效 的 早 期修 正 信 号 ， 以 增 加 系 统 的 阻 尼 程 度 ， 从 而 改 善 系 统 的 稳 定 性 。 在 串 联 校 正 时 ， 可 使 系统 增 加 一 个 - 的 开 环 零 点 ， 使 系 统 的 相 角 裕 度 提 高 ， 因 而 有 助 于
5、 系 统 动 态 性 能 的改 善 。2、 在 串 联 校 正 时 ， PI 控 制 器 相 当 于 在 系 统 中 增 加 了 一 个 位 于 原 点 的 开 环 极 点 ， 同时 也 增 加 了 一 个 位 于 s 左 半 平 面 的 开 环 零 点 。 位 于 原 点 的 极 点 可 以 提 高 系 统 的 型 别 ，以 消 除 或 减 小 系 统 的 稳 态 误 差 ， 改 善 系 统 的 稳 态 性 能 ； 而 增 加 的 负 实 零 点 则 用 来 减 小 系统 的 阻 尼 程 度 ， 缓 和 PI 控 制 器 极 点 对 系 统 稳 定 性 及 动 态 过 程 产 生 的 不 利
6、 影 响 。 只 要 积分 时 间 常 数 足 够 大 ， PI 控 制 器 对 系 统 稳 定 性 的 不 利 影 响 可 大 为 减 弱 。 在 控 制 工 程 实iT践 中 ， PI 控 制 器 主 要 用 来 改 善 控 制 系 统 的 稳 态 性 能 。3、定 值 调 节 系 统 ， 在 定 值 调 节 系 统 中 被 调 参 数 的 给 定 值 是 恒 定 不 变 的 。 例 如 在恒 温 、 恒 湿 的 控 制 系 统 中 ， 温 度 的 给 定 值 是 相 对 恒 定 的 。随 动 调 节 系 统 ， 在 随 动 调 节 系 统 中 ， 被 调 参 数 的 给 定 值 是 某
7、一 位 置 变 量 的 函 数 ， 而这 个 变 量 的 变 化 规 律 是 随 机 的 事 前 不 可 知 的 。4、P 控制和 PI 控制两者的响应速度基本相同，因为这两种控制的比例系数不同，因此系统稳定的输出值不同。PI 控制的超调量比 P 控制的要小，PID 控制比 P 控制和 PI 控制的响应速度快，但是超调量要大些。5、当，Kp 增大时，系统响应速度加快，幅值增高。当，Kp 达到一定值后，系统将会不稳定。当 Td 增大时，系统的响应速度加快，响应峰值提高 6、P 、 I 、 D 参数的预置是相辅相成的，运行现场应根据实际情况进行如下细调：被控物理量在目标值附近振荡，首先加大积分时间 I ，如仍有振荡，可适当减小比例增益 P 。被控物理量在发生变化后难以恢复，首先加大比例增益 P ，如果恢复仍较缓慢，可适当减小积分时间 I ，还可加大微分时间 D 。5
