實(shí)驗(yàn)三+調(diào)節(jié)器參數(shù)的影響

1、實(shí)驗(yàn)三 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定及整定參數(shù)值對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 掌握PID控制參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響；2 掌握PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法；3 掌握根據(jù)過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)調(diào)整P、I、D參數(shù)以達(dá)到最佳；二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：對(duì)如下圖所示的單回路控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真：WC(S)WV(S)W0(S)Wm(S)X(S) Y(S) -進(jìn)入仿真環(huán)境，建立如下仿真系統(tǒng)：這是一個(gè)由二階被控過(guò)程和PID調(diào)節(jié)器組成的仿真系統(tǒng)。每個(gè)環(huán)節(jié)的參數(shù)可自行選定。由于本實(shí)驗(yàn)主要研究PID參數(shù)的變化對(duì)控制系統(tǒng)的影響，所以對(duì)象的參數(shù)一經(jīng)確定，在本實(shí)驗(yàn)中不要再變動(dòng)。對(duì)系統(tǒng)分別施加Step input給定值階躍擾動(dòng)和Step1 inp

2、ut負(fù)荷擾動(dòng)，調(diào)節(jié)PID參數(shù)，觀(guān)察PID參數(shù)的變化對(duì)控制系統(tǒng)的影響。建模具體步驟見(jiàn)實(shí)驗(yàn)二。（一） 給定值擾動(dòng)：設(shè)置給定值階躍擾動(dòng)Step input為某一值，設(shè)外部干擾Step1 input為0，如下表所示： Step inputStep1 inputStep time11Initial value00Final valueC（C為常數(shù)）0如何修改 見(jiàn)實(shí)驗(yàn)二。逐一修改PID的三個(gè)參數(shù)，觀(guān)察過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)的變化。 雙擊模塊出現(xiàn)如下對(duì)話(huà)框：反復(fù)修改P，I，D參數(shù)，記錄每次變化所引起的過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)的變化。最終使過(guò)渡過(guò)程出現(xiàn)4：1衰減振蕩曲線(xiàn)。(如圖)（二） 負(fù)荷擾動(dòng) 設(shè)置給定值階躍擾動(dòng)Step inp

3、ut為0，設(shè)外部干擾Step1 input為某一值，如下表所示：Step inputStep1 inputStep time11Initial value00Final value0C（C為常數(shù)）反復(fù)修改P，I，D參數(shù)，記錄每次變化所引起的過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)的變化。最終使過(guò)渡過(guò)程出現(xiàn)4：1衰減振蕩曲線(xiàn)。(如圖)（三） 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定把仿真系統(tǒng)中對(duì)象的傳遞函數(shù)變?yōu)槿A或以上，分別用衰減曲線(xiàn)法和穩(wěn)定邊界法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)分析：1 分析實(shí)驗(yàn)中用到的PID各參數(shù)和課程中講到的有什么不同？課件中講到的是完全理論性的，實(shí)際往往與理論不是完全相符，總有偏差，總有各種外部的干擾。2 總結(jié)PID參數(shù)變化對(duì)控制

4、質(zhì)量的影響當(dāng)Kp,Ki和Kd在變化±20%，±50%時(shí)，會(huì)引起系統(tǒng)其各方面性能變化較大，其中當(dāng)參數(shù)增大時(shí)衰減率會(huì)減小，響應(yīng)速度加快，但超調(diào)會(huì)有所增加，兼顧各方面性能，所選定參數(shù)綜合性能良好。比例參數(shù)Kp對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能均有影響：Kp增大，將使系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)；Kp太小則會(huì)使系統(tǒng)的響應(yīng)速度太慢。此外在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，加大Kp可以減少穩(wěn)態(tài)誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。因此Kp主要作用是改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。積分對(duì)系統(tǒng)的性能也有很大影響，而且會(huì)影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，Ki過(guò)大，會(huì)造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，且振蕩次數(shù)較多；積分環(huán)節(jié)最大的特點(diǎn)是可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精

5、度，但在仿真的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Ki太小時(shí)，積分控制作用太弱，不能消除殘差。微分參數(shù)Kd對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能也均有影響：微分環(huán)節(jié)的加入，可以在誤差出現(xiàn)或變化瞬間，按偏差變化的趨向進(jìn)行控制。它引進(jìn)一個(gè)早期的修正作用，有助于增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。Kd增大即微分作用的增強(qiáng)還可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，如可以明顯減少超調(diào)量，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間等，提高控制精度。但Kd值偏大都會(huì)適得其反。此外微分作用可能會(huì)放大系統(tǒng)的噪聲，降低系統(tǒng)的抗干擾能力。3 說(shuō)明PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定過(guò)程。確定參數(shù)、設(shè)計(jì)控制器、閥選取、測(cè)量變送 實(shí)驗(yàn)四 單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、目的1 測(cè)試系統(tǒng)性能指標(biāo)當(dāng)給定值或?qū)ο蠼橘|(zhì)階躍擾動(dòng)時(shí)，掌握測(cè)試控制系統(tǒng)的

6、過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)方法并計(jì)算其性能指標(biāo)。2 PID的參數(shù)影響測(cè)試并分析不良的P、I、D參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響，掌握人工整定PID參數(shù)的方法。3 調(diào)節(jié)器的使用熟悉調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置和手動(dòng)、自動(dòng)的操作方法。二、實(shí)驗(yàn)裝置和設(shè)備（1）QXLPC-IV型小型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置，（如圖1所示）。（2）S7200系列PLC（主機(jī)CPU222CN 8點(diǎn)input，6點(diǎn)output；擴(kuò)展單元EM235 4AI,1AO）。（3）執(zhí)行器：MICROMASTER 420型變頻器以及160Q-8F磁動(dòng)泵；晶閘管SCR。（4）壓力變送器、液位變送器、Pt100鉑電阻和數(shù)顯溫度變送儀、渦輪流量計(jì)和數(shù)顯流量變送儀。（5）QXLP

7、C-IV型小型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置。（6）安裝有軟件STEP 7-MicroWIN 的PC機(jī)。三、內(nèi)容與步驟1.按對(duì)應(yīng)的流程圖的要求接線(xiàn),對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行選擇。用變頻器作執(zhí)行器去控制液位時(shí)，出水手閥V22應(yīng)開(kāi)啟一半左右；而控制壓力、流量時(shí)，出水閥V22應(yīng)全開(kāi)。電磁閥VD1不通電處于關(guān)閉狀態(tài)；并聯(lián)手筏V1應(yīng)開(kāi)啟（V1和VD1至少有一個(gè)開(kāi)啟才能啟動(dòng)泵）。若實(shí)驗(yàn)中要用VD1進(jìn)行對(duì)象擾動(dòng)，則開(kāi)關(guān)量選擇開(kāi)關(guān)置于PLC，VD1的并聯(lián)手閥VI開(kāi)啟一半左右。沒(méi)有溫度調(diào)節(jié)的實(shí)驗(yàn)，不要接通“加熱”開(kāi)關(guān)！若要做溫度調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)，要等鍋爐水位100mm（20%）后才能接通“加熱”開(kāi)關(guān)。2.PG/PC接口設(shè)置1)雙擊指令樹(shù)“設(shè)置

8、PG/PC接口”圖標(biāo)，在打開(kāi)的對(duì)話(huà)框中設(shè)置編程計(jì)算機(jī)的“PC/PPICable（PPI）”的屬性。設(shè)地址為2其它的選擇默認(rèn)設(shè)置，本地連接采用COM1端口。2)雙擊指令樹(shù)文件夾“通信”圖標(biāo)，雙擊刷新設(shè)備后,程序軟件將會(huì)自動(dòng)搜索連接在網(wǎng)絡(luò)上的S7-200,之后選擇所顯示的S7-200,建立PC機(jī)與PLC之間的連接。3.將“全部實(shí)驗(yàn)”下載到PLC中并開(kāi)始運(yùn)行，且關(guān)閉該界面。4.接通操作臺(tái)的電源，1分鐘后將變頻器的使能開(kāi)關(guān)從“0”切到“1”，水泵啟動(dòng)，調(diào)節(jié)變頻器內(nèi)給定電位器，觀(guān)察調(diào)節(jié)儀或電腦的壓力測(cè)量值，使壓力值在合適的范圍內(nèi)。此后可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作（略）。5.打開(kāi)組態(tài)王首先在桌面上雙擊組態(tài)王的圖標(biāo),在跳

9、出的如下界面中選擇運(yùn)行。鼠標(biāo)點(diǎn)擊進(jìn)入系統(tǒng),在下面的界面中選擇實(shí)驗(yàn)四。注意:在選擇實(shí)驗(yàn)前請(qǐng)先確認(rèn)接線(xiàn)和外圍設(shè)備的選擇是否正確!5.在跳出的界面中先進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)當(dāng)PV值到達(dá)需要給定的值10%附近的時(shí)候點(diǎn)手動(dòng)切換到自動(dòng)模式.要求（一）：調(diào)節(jié)器投入自動(dòng)并分別進(jìn)行給定值的正、反向階躍擾動(dòng)，同步記錄自動(dòng)（閉環(huán)）系統(tǒng)中的被調(diào)參數(shù)液位的過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)，分別求解系統(tǒng)的時(shí)域類(lèi)性能指標(biāo)：（1）衰減比n = Y1/Y3，（2）超調(diào)量= Y1/Y（）*100%，（3）殘余偏差e（）=SVPV（），（4）調(diào)節(jié)時(shí)間ts。要求（二）：修改P、I、D參數(shù)，使輸出盡可能成為4:1衰減曲線(xiàn)。6曲線(xiàn)顯示參數(shù)修改：3 0.6 0.55加擾動(dòng) 中間曲線(xiàn)起伏改參數(shù)：5 1 0