大延遲過(guò)程的PID參數(shù)整定.doc

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1、上海電力學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課名：控制原理應(yīng)用實(shí)踐題目：大延遲過(guò)程的PID參數(shù)整定院系：自動(dòng)化工程學(xué)院專業(yè)：自動(dòng)化班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：時(shí)間：2014年1月09日一、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1、設(shè)計(jì)內(nèi)容已知PID控制系統(tǒng)受控對(duì)象的傳遞函數(shù)為，當(dāng)時(shí)，求PID控制器的參數(shù)，要求系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定時(shí)間快，穩(wěn)態(tài)誤差小，最大超調(diào)量小。2、設(shè)計(jì)要求1）繪制Simulink系統(tǒng)仿真模型；2）根據(jù)Z-N法中，時(shí)PID參數(shù)的公式推出是PID的大致規(guī)律；3）使用經(jīng)驗(yàn)法代入仿真模型中確定PID參數(shù)范圍；4）根據(jù)代入不同數(shù)值得出的衰減震蕩的階躍響

2、應(yīng)曲線進(jìn)一步確定PID參數(shù)范圍；5）大致推導(dǎo)出時(shí)PID各參數(shù)的公式；6）利用仿真軟件輔助分析設(shè)計(jì)，并驗(yàn)算公式的使用范圍；7）根據(jù)Matlab得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，微調(diào)時(shí)PID各參數(shù)公式，進(jìn)一步完善上述公式；8）設(shè)計(jì)完成后提交設(shè)計(jì)報(bào)告；二、參考資料[1]《自動(dòng)控制原理》教材；[2]《自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》；[3]Matlab相關(guān)書籍；一、延遲過(guò)程的相關(guān)設(shè)計(jì)當(dāng)傳遞函數(shù)，當(dāng)?shù)闹岛艽髸r(shí)，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定的時(shí)間將會(huì)增加，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)比較難控，因此需要使用PID參數(shù)整定調(diào)節(jié)大延遲系統(tǒng)，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，加大其可控性。1、

3、設(shè)計(jì)延遲過(guò)程的模擬圖形設(shè)計(jì)一個(gè)大延遲過(guò)程的傳遞函數(shù),取K=1,T=1,=10,得如下傳遞函數(shù)，模擬圖形如下圖1所示：圖12、繪制延遲系統(tǒng)的響應(yīng)曲線由上圖所示的模擬圖形繪制出如下圖2的衰減震蕩的階躍響應(yīng)曲線。圖2二、Matlab仿真軟件輔助分析設(shè)計(jì)MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)

4、值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。設(shè)傳遞函數(shù)為，根據(jù)推算得出的時(shí)PID在有自平衡過(guò)程的整定計(jì)算公式（后面附有推導(dǎo)理由）：,,。以下為程序：K=1;T=1;tao=10；Kp=（0.12*（tao/T-1））/((tao/T+0.5)*K)Ti=0.4*T+0.1*taoTd=0.1*tao整理計(jì)算結(jié)果可得PID參數(shù)：Kp=0.103，Ti=1.4，Td=1三、simuli

5、nk仿真Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書寫程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink的簡(jiǎn)單操作。打開Matlab后點(diǎn)擊Simulink會(huì)出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框。然后點(diǎn)擊F

6、ile選擇新建Model此時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)空白工作空間。選擇下圖所示的各個(gè)模塊，其中根據(jù)傳遞函數(shù)，將K=1,T=1,tao=3，計(jì)算出Kp=0.103，Ti=0.7，Td=0.3代入下圖中。最后合理安排好各個(gè)環(huán)節(jié)的位置后，依次按順序用線連接結(jié)果如圖3、4所示。圖3圖4四、PID參數(shù)整定1、PID的相關(guān)知識(shí)比例-積分-微分（PID）控制器是在工業(yè)過(guò)程控制中最常見的一種控制裝置，它廣泛應(yīng)用于化工、冶金、機(jī)械、熱工和電力等工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中。PID的基本控制作用有：比例作用提供基本的反饋控制；積分作用用于消除

7、穩(wěn)態(tài)誤差；微分作用可以預(yù)測(cè)將來(lái)的誤差變化以減小動(dòng)態(tài)偏差。PID控制器特別適用于過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性是線性的而且控制性要求不高的場(chǎng)合2、PID參數(shù)整定的推導(dǎo)根據(jù)Z-N法中給出的，，，。根據(jù)Z-N法中給出的時(shí)PID參數(shù)的計(jì)算公式，，，。將K=1,T=1;tao=3代入上述兩組公式中，Kp1=0.39，Ti1=6；Td1=1.5；Kp2=0.48,Ti2=1.38,Td2=0.75。通過(guò)比較可知Kp增大，Ti和Td均減小。同時(shí)比較上述兩個(gè)公式，初步推斷，，原推斷Kp值將會(huì)增大，然而分析遲延系統(tǒng)特性可以得出，當(dāng)K

8、p增大時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間將會(huì)變大，最大超調(diào)量也會(huì)增大，所以猜測(cè)Kp將會(huì)減小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法代入得出Kp=0.12時(shí)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)都較為穩(wěn)定，因此初步推斷。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步調(diào)整，發(fā)現(xiàn)當(dāng)值相對(duì)較?。?-7）時(shí)適當(dāng)?shù)脑诜肿臃帜傅纳戏謩e減去和加上某數(shù)值可以使調(diào)整后系統(tǒng)更優(yōu)，當(dāng)值變大時(shí)，此調(diào)整已無(wú)限接近于1，幾乎不對(duì)Kp造成影響，所以得出3、PID參數(shù)范圍的確定序號(hào)KTKpTiTd是否收斂11130.0690.70.3是211100.1031.41是311500.1165.45是411