PID整定方法的比较研究

过程控制课程设计报告题 目： PID 整定方法的比较研究 姓 名： 冯祥勋 学 号： 010900926 专 业： 自动化 年 级： 2009 指导教师： 李 玉 榕 2010 年 4 月 23 日目 录1， 任务书22， 计算43， PID 整定3.1 临界比例度法整定53.2 减振荡法整定83.3 应曲线法整定104， 测试系统 4.1 响应曲线144.2 性能指标145， 扰动测试5.1 响应曲线155.2 性能指标166，问题总结167，心得体会161 任务书1.1、设计题目 PID 整定方法的比较研究1.2、设计任务与原始数据 设计水槽水位单回路控制系统如图 1 所示：在阀门开度?u 阶跃变化 50%时，测得液位的响应数据如表 1 所示：(1)液位必须控制在一定范围内，否则会影响系统的稳定运行，出现安全事故。液位测量变速器的测量范围为 100400mm。已知测量变送环节均为线性测量变送元件。 (2)控制系统采用 DDZ-III 型仪表，输入输出信号为标准电流信号。(3)阀门为直线特性。 1.3、设计内容 1、用具有纯滞后的一阶惯性环节近似该被控过程的数学模型； 2、分别用临界比例度法、衰减振荡法、反应曲线法整定 P，PI 控制器参数； 3、利用 MATLAB/SIMULINK 构建单回路控制系统模型； 4、测试系统液位设定值为 300mm 时的响应曲线，计算性能指标； 5、在系统稳定状态下，阀门 2 加入 10%开度的扰动，测试系统的响应曲线，计算性能指标； 6、比较不同整定方法的控制效果。 7、比较 P、PI 控制效果。 2 计算采用两点法计算参数 ， 由：T= (t2-t1)/ln1-y0(t1)-ln1-y0(t2)=t2ln1-y0(t1)-t1ln1-y0(t2)/ln1-y0(t1)-ln1-y0(t2) 得：T 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2Y* 0.000 0.000 0.028 0.192 0.363 0.569 0.730t/min 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 Y* 0.840 0.922 0.968 0.990 1 1 1表 2Y*(t1) Y*(t2) 0.028(0.4) 0.569(1.0) 0.737 0.3790.192(0.6) 0.840(1.4) 0.494 0.4950.363(0.8) 0.968(1.8) 0.334 0.648表 3由表 3 得：=（0.737+0.494+0.334）/3=0.522=（0.379+0.495+0.648）/3=0.507K=(340.5-200.1)/50=2.808G(s)=2.808e(0.507s)/(0.522s+1)检测变送 K1=(20-4)/（400-300）=0.053调节阀开度 K2=100/16=6.25MATLAB/SIMULINK 构建单回路控制系统模型如图 2 图 23 PID 整定3.1 临界比例度法一，将控制器的积分时间置于最大，微分时间置 0，二，系统运行稳定后，对设定值施加一个阶跃扰动，减小 ，直到出现等幅振荡，即临界比例，记下 k 和等幅振荡周期 Tk。三，整定参数如表 4整定参数控制规律k T TdP 2k - -PI 2.2k 0.85Tk -PID 1.7k 0.5Tk 0.125Tk表 4收敛：K=2.00 T=999999,响应曲线如图 3图 3等幅：K=2.72,T=999999,响应曲线如图 4图 4发散：K=7,T=999999,响应曲线如图 5图 5PI 整定：由等幅振荡可得：Tk=1.6 k=0.625=1.375 T=1.36 响应曲线如图 6图 6进行微调：=0.82 T=1.35 响应曲线如图 7图 73.2 衰减曲线法一，将控制器的积分时间置无穷，微分时间置零，使系统投入闭环运行。二，等系统稳定后，对设定值施加一个阶跃振动，调节比例带 ，使衰减比 n=41的振荡过程，记录相应的衰减振荡周期 Ta 或上升时间，比例带 s。三，根据所记录的 s，Ts,下表给出的经验公式计算出控制器的 ，T1 及 Td，如表5。衰减率 整定参数控制规律 T1 TdP s - -PI 1.2s 0.5 Ts -0.75PID 0.8s 0.3 Ts 0.1 Ts表 5K=1.38 时，衰减比 n=4