PID控制器的作用分析及參數(shù)整定

上海電力學(xué)院自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告第次作業(yè)成績(jī)：實(shí)驗(yàn)名稱：PID控制器的作用分析及參數(shù)整定專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師評(píng)語:一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握SIMULINK環(huán)境下的系統(tǒng)建模及PID控制器的參數(shù)調(diào)節(jié)方法；二.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及其相關(guān)分析.控制系統(tǒng)背景一一摘自《PID控制在同步發(fā)電機(jī)數(shù)字勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中的作用分析及應(yīng)用》系統(tǒng)組成：PID控制系統(tǒng)由輸入的設(shè)定值，比例環(huán)節(jié)/積分環(huán)節(jié)/微分環(huán)節(jié)，被控對(duì)象以及被控制量組成。傳遞函數(shù)：G(s)=U(s)E(s)這里U(s)U(s)就是對(duì)U(t)U(t)的拉普拉斯變換(Laplace),E(s)E(s)是對(duì)輸入量e(t)(關(guān)鍵就在于這個(gè)e(t)它是輸入量而且輸出量是關(guān)于e(t)的函數(shù))的拉普拉斯變換，首先定義L(e(t))=F(s)L(e(t))=F(s)則根據(jù)拉普拉斯變換的線性性質(zhì)：L(U(t))=L(Kpe(t))+L(Kptt0e(t)Tidt)+L(KpTdde(t)dt))對(duì)于上式等式右邊第一項(xiàng)有定義可得KpF(s)第二項(xiàng)由拉普拉斯變換的積分性質(zhì)可得KpF(s)Tis第三項(xiàng)由拉普拉斯變換的微分性質(zhì)可得(f(0)=0)KpTdsF(s)所以右等式可化為KpF(s)(1+1Tis+Tds)則傳遞函數(shù)為G(s)=KpF(s)(1+1Tis+Tds)F(s)也即Kp(1+1Tis+Tds).《同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》國(guó)家對(duì)同步發(fā)電機(jī)歷次自動(dòng)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間和擺動(dòng)次數(shù)有明確規(guī)定，在我國(guó)大中型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)要求(GB/T7409-1997)中，對(duì)同步發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的技術(shù)規(guī)定為：(1)同步發(fā)電機(jī)在空載額定電壓下，當(dāng)電壓給定階躍響應(yīng)為10%時(shí)發(fā)電機(jī)電壓超調(diào)量應(yīng)不大于階躍量的50%,擺動(dòng)次數(shù)不超過3次，調(diào)節(jié)時(shí)間不超過10s;(2)當(dāng)同步發(fā)電機(jī)突然零啟動(dòng)升壓是，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)保證發(fā)電機(jī)端電壓超調(diào)量不的超過額定值的15%,調(diào)節(jié)時(shí)間不大于10s,電壓擺動(dòng)次數(shù)不應(yīng)大于3次。.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1——PID控制作用的分析1)控制系統(tǒng)概述，搭建勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的SIMULINK模型：2)分析P、I、D的控制作用⑴P控制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1:kp=1,記錄原閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線及動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)(數(shù)據(jù)精度保持小數(shù)點(diǎn)后兩位有效數(shù)字)；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2:P控制的作用

KP=50Tp=0.342超調(diào)量（T%f3.302%5KP=100Tp=0.2079超調(diào)里%=16.05%2.6KP=200Tp=0.1316超調(diào)量（T%f33.65%1.3KP=300Tp=0.1001超調(diào)里（T%=44.18%0.9結(jié)論：kp增大時(shí),結(jié)論：kp增大時(shí),tp減小，超調(diào)量增大，穩(wěn)態(tài)誤差減小。(2)I控制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1:PI控制器實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1:PI控制器I控制的作用分析:Ti動(dòng)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)誤差Ti=500Y(t)=316Tp=0.1001超調(diào)里(T%=44.16%219.20.8Ti=400Y(t)=316Tp=0.1001超調(diào)里cr%=44.16%219.20.8Ti=200Y(t)=316Tp=0.1001219.20.8超調(diào)里cr%=44.16%Ti=1Y(t)=326.2Tp=0.1003超調(diào)量(T%=48.138%2200結(jié)論：kp一定時(shí)，Ti減小，tp和0%會(huì)緩慢增加，穩(wěn)態(tài)誤差會(huì)緩慢減小(3)D控制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1:PID控制器一一D控制的作用分析:

Td動(dòng)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)誤差Td=0Y(t)=316Tp=0.1001超b%=44.16%219.20.8Td=0.02Y(t)=240.8Tp=0.12超調(diào)量(T%=9.85%219.20.8Td=0.04Y(t)=219.2Tp=0.3278219.20.8超調(diào)JUL(T%=0Td=0.06Y(t)=219.2Tp=0.5361219.20.8超調(diào)JUL(T%=0結(jié)論：kp和Ti一定時(shí)，Td增加，則tp增加，穩(wěn)態(tài)值和穩(wěn)態(tài)誤差基本不變，超調(diào)量減小。4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2——PID控制器的參數(shù)整定-1Gc=Kp(1——TdS)Is其中Kp為比例增益，「為積分可調(diào)參數(shù)，Td為微分增益;實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)一一PID控制器的設(shè)計(jì)基于上面的勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，輸入電壓為220V,期望電壓為

220V,完成PID控制器的選型及參數(shù)整定；方案1：（Ziegler-Nichols參數(shù)自整定方法）K=187.5由圖得出:T1=5.06T2=9.52711+T=/i\L+2T=t2得T=4.467L=0.593a=24.89控制器類型KpTiTdP0.04

PI0.0361.779PID0.0481.1860.29651.P控制器2.PI控制器3.PID控制器

方案2:（臨界比例度法）不斷調(diào)整kp觀察示波器何時(shí)為等幅震蕩得到K'p=