PID过程控制课程设计报告.doc

目 录 一、课程设计目的3二、课程设计内容3三、心得体会11一、 课程设计目的通过两周的课程设计，加深对串级控制系统和大时延控制系统的结构、工作原理的认识，掌握试凑法，一步整定法调节PID各项参数整定的方法。二、 课程设计内容1、串级控制系统已知串级控制系统主对象传递函数为，副对象传递函数为，调节阀传递函数为，一次扰动为单位冲击脉冲，二次扰动为幅值为3的白噪声。请设计串级控制系统并给出无扰动、只有二次扰动、只有一次扰动和一次扰动与二次扰动都有的四种情况下的阶跃输入仿真结果。为学号的最后2位数+20，为学号的最后2位数+10，。学号最后一位数为1、4、5的同学请做这个题目。(我的学号后两位为44，所以=64，19，=54，=9)1、 无扰动输入设计思路：主副调节器都采用Pid控制。Pid采用Matlab自带模块，输入采用单位阶跃输入，输入采用示波器显示调节结果。调节结果如下：各项参数如下：主调节器采用PI控制P=2.5，I=0.012；副调节器采用P控制 P=2.5；第一个峰值时间120.0s，第一个峰值为1.2045第二个峰值时间288.0s，第二个峰值为1.0526过渡时间576s（5%）、756s（正负2%）余差e=0超调量=20.45%衰减比n=0.2045:0.0526=3.89:1衰减率=（0.2045-0.0526）/0.2045=0.74振荡频率f=1/（288-120）=0.00595Hz2、 冲击脉冲扰动输入设计思路：加入一次扰动冲击脉冲扰动，冲击扰动用Signal Builder模块模拟，幅值设为100，脉冲时间为0.01s。输出基本没变化。调节结果如下：各项参数如下：主调节器采用PI控制P=2.5，I=0.012；副调节器采用P控制 P=2.5；第一个峰值时间118第一个峰值为1.2046第二个峰值时间285s，第二个峰值为1.0536过渡时间572s（5%）、754s（正负2%）余差e=0超调量=20.46%衰减比n=0.2046:0.0536=3.82:1衰减率=（0.2046-0.0536）/0.2046=0.74振荡频率f=1/（285-118）=0.0059Hz3、 白噪声扰动输入设计思路：加入白噪声扰动输入。用Band-Limted White Noise模块模拟白噪声扰动，设置幅值为3。加入白噪声扰动使余差不能为0。调节结果如下：各项参数如下：主调节器采用PI控制P=2.3，I=0.011；副调节器采用P控制 P=4；第一个峰值时间106.5s，第一个峰值为1.1751第二个峰值时间242.8s，第二个峰值为1.0475过渡时间496.5s（5%）余差e=0.0311超调量=17.51%衰减比n=0.1751:0.0475=3.68:1衰减率=（0.1751-0.0475）/0.1751=0.73振荡频率f=1/（242.8-106.5）=0.0073Hz4、 冲击脉冲扰动+白噪声扰动输入设计思路：加入白噪声扰动输入和冲击脉冲扰动。调节结果如下：各项参数如下：主调节器采用PI控制P=2.3，I=0.011；副调节器采用P控制 P=4；第一个峰值时间106.3s，第一个峰值为1.1696第二个峰值时间242.7s，第二个峰值为1.0451过渡时间495.5s（5%）余差e=0.0353超调量=16.96%衰减比n=0.1696：0.0451=3.76：1衰减率=（0.1696-0.0451）/0.1696=0.73频率f=1/（242.7-106.3）=0.0073Hz2、大时延控制系统已知大时延控制系统中被控对象的传递函数，请设计大时延控制系统，并给出采用PID、PI控制器和采用SMITH预估控制器的仿真结果。，。(我的学号后两位为44，所以=38，66，=16)1、 PI控制系统设计思路：采用单位阶跃输入,采用PI控制规律，采用Transport Delay模块模拟纯滞后环节。调节结果如下：各项参数如下：调节器采用PI控制P=3，I=0.021第一个峰值时间115.8s，第一个峰值为1.4100第二个峰值时间294.7s，第二个峰值为1.1100过渡时间417s（5%），585s（2%）余差e=0.0015超调量=41.00%衰减比n=0.41:0.11=3.72衰减率=（0.41-0.11）/0.41=0.73振荡频率f=1/（294.7-115.8）=0.0056Hz2、 PID控制系统设计思路：加入微分，重新整定PID参数。调节结果如下：各项参数如下：调节器采用PI控制P=4，I=0.02,D=15第一个峰值时间90s，第一个峰值为1.4388第二个峰值时间262s，第二个峰值为1.1084过渡时间367s（5%），524s（2%）余差e=0.0014超调量=43.88%衰减比n=0.4388:0.1084=4.04:1衰减率=（0.4388-0.1084）/0.4388=0.75振荡频率f=1/（262-90）=0.0058Hz3、 Smith预估控制系统设计思路：引入预估补偿环节。调节结果如下：各项参数如下：调节器采用PI控制P=2，I=0.06第一个峰值时间121s，第一个峰值为1.4949第二个峰值时间341s，第二个峰值为1.1185过渡时间472s（5%），593s（2%）余差e=0.0015超调量=49.49%衰减比n=0.4949：0.1185=4.17：1衰减率=（0.4949-0.1185）/0.4949=0.76振荡频率f=1/（341-121）=0.0045Hz三、