单回路控制系统的工程整定

实验2 单回路控制系统的工程整定

一、实验目的

1．学会单回路控制系统PID控制器的工程整定方法（衰减曲线法和临界比例带法） 2．掌握PID三个参数对控制过程的影响

二、实验原理

单回路控制系统如下：

对象为一个三阶系统，控制器采用PID PID传递函数 G(s)?1?(1?1Tis?Tds)

??比例带 Ti? 积分时间常数 Td?微分时间常数

控制器阶跃输入PID调节器被控对象10(2.5s?1)3输出示波器

三、实验内容

调节器参数工程整定方法常用有4种：经验法、衰减曲线法、临界比例法、响应曲线法。

1．衰减曲线法

它是利用在比例作用条件下产生??0.75的控制过程时的调节器比例带和控制过程周期（衰减周期）Ts来整定调节器的参数。

y(t)要求y1:y3?4:1y1y31 0 振荡周期Tst

y1:y3=4:1 ??0.75

表1 衰减曲线法整定参数计算表 整定参数 比例带? 控制规律 比例P 比例积分PI 比例积分微分PID 积分时间Ti － 0.5Ts 0.3Ts 微分时间Td － － 0.1Ts ?s 1.2?s 0.8?s 步骤：

（1）使调节器参数Ti??,Td?0，比例带?置于较大的数值，将控制

系统投入闭环运行。

（2）用给定值阶跃扰动作试验信号，观察控制过程。若衰减率大

于要求值，则逐步减小比例带?，重复作给定值阶跃扰动试验，直到出现衰减率??0.75为止，记下此时的比例带?s

（3）从控制过程曲线上求取??0.75时的衰减周期Ts （4）按上表计算调节器参数?、Ti、Td

（5）将调节器按求得的数值设置好，然后再作阶跃扰动试验，观察控制过程，适当修改整定参数，直到控制过程满意为止。 2.临界比例带法

y(t)等幅振荡0

振荡周期TLt

表2 临界比例带法整定参数计算表 整定参数 比例带? 控制规律 比例P 比例积分PI 比例积分微分PID 2?L 2.2?L 1.67?L 积分时间Ti － 0.85TL 0.5 TL 微分时间Td － － 0.1 3TL 步骤：

（1）使调节器参数Ti??,Td?0，比例带?置于较大的数值，将控制

系统投入闭环运行。

（2）用给定值阶跃扰动作试验信号，逐渐减小比例代，观察控制

过程，直到系统出现等幅振荡为止，记下此时的临界比例带?L和

（3）从控制过程曲线上求取临界振荡周期TL （4）按上表计算调节器参数?、Ti、Td

（5）将调节器按求得的数值设置好，然后再作阶跃扰动试验，观察控制过程，适当修改整定参数，直到控制过程满意为止。

表3 整定参数对控制质量的影响 整定参数 ?减小 过程参数 最大偏差 稳态偏差 衰减率 振荡次数 增 大 减 小 减 小 增 加 Ti减小 增 大 不变 减 小 增 加 Td减小 减 小 不变 增 大 减 小

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