自动调节系统解析与PID整定

实验三 单回路自动调节系统的整定

一、实验目的

a) 熟悉单回路调节系统的整定方法； b) 了解调节器参数对调节过程的影响。

二、实验内容

对下列调节系统进行仿真，先根据调节对象估算出调节器各参数（δ、Ti、Td）的值，再观察各参数值的变化对调节过程的影响。

X(S)+-PID1(T0S?1)nY(S)

调节对象的参数可自行选取，例如可选T0=10，n= 4或5。

进行仿真实验，当需要显示多条仿真曲线时可采用如下所示的仿真框图：

其中，PID模块可以从Simulink Extras |Additional Linear图形子库中提取。该模块传递函数

I11GPID(S)?P＋?DS?(1??TdS)

S?TiS或者我们自己可以构建这个功能模块，如下所示：

单回路调节系统的整定方法主要有临界比例带法、图表整定法和衰减曲线法等，下面介绍其中两种，可任选其中一种方法进行实验。

―1―

1．临界比例带法

临界比例带法是在纯比例作用下将系统投入闭环运行，不断改变比例带δ的数值使调节系统产生等幅振荡，并记录对应的临界比例带δc和临界振荡周期Tc。然后根据δc和Tc得到系统所希望的衰减率时的其它整定参数。具体整定步骤如下：

（1）设置调节器整定参数

摘 要

PID控制器现在仍然是应用最广泛的工业控制器，其关键在于对PID参数的优化整定,而采用常规的手工整定方法已经难以满足要求，目前需要解决对PID参数的高效优化问题。

本论文首先介绍了PID控制方法和常规PID参数整定方法，编程实现了数字PID控制器和基于遗传算法的参数自整定程序，然后将遗传算法用于不同的被控对象进行PID参数的整定及优化，为了对比控制效果，应用MATLAB软件进行了仿真验证，并用仿真曲线进行直观的对比。

结果表明遗传算法能够在对所求解问题一无所知的情况下,快速从全局搜索出优化的控制参数,是一种高效的PID参数整定方法。

关键词: 遗传算法;PID控制器;参数整定;仿真

中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）

ABSTRACT

PID controller now it is still used widely in practical industrial control, and the key of PID controller lies in the tuning of PID parameters. The normal application of traditional PID control

MATLAB_Simulink仿真

2008年4月第31卷第2期

舰船电子对抗

SHIPBOARDELECTRONICCOUNTERMEASURE

Apr.2008

Vol.31No.2

基于MATLAB的PID参数整定

周 晖

(船舶重工集团公司723研究所,扬州225001)

摘要:比例积分微分(PID)控制器参数往往因整定不良、性能欠佳,对运行工况的适应性很差。根据稳定边界法则,

以某一控制模型为例介绍如何在MATLAB工具帮助下整定并验证PID控制器参数。

关键词:比例积分微分;稳定边界法;控制器

-1413(2008)02-0107-03中图分类号:TN273 文献标识码:A 文章编号:CN32

PIDParameterReductionBasedonMATLAB

ZHOUHui

(The723InstituteofCSIC,Yangzhou225001,China)

Abstract:Theparameteradaptabilityofproportion-integra-ldifferential(PID)controllertotheop-eratingsituationisverybadsometimesbecausetheredu

PID控制器参数整定及其对系统性能的影响

一、本实验采用二阶系统G(s)?2s2?3s?10作为仿真实验的被控对象，通过仿真寻求一组参

数，使得控制系统的整体性能较优，然后通过改变Kp,Ki和Kd来分析这三个参数对系统性能的影响，同时当系统处于稳态时给系统施加一定的干扰，分析系统的抗扰性能。 其中在Simulink下仿真框图1如下：

图1 Simulink下仿真框图

PID控制器的参数Kp,Ki和Kd分别会对系统性能产生不同的影响，因此要通过反复调节才能使控制达到最佳状态，经过调节Kp,Ki和Kd，得到一组较优参数：Kp=24, Ki=20, Kd=2，在该

组参数控制下，超调量5%，上升时间：0.5s，调节时间1.3s,综合性能较好。

二、分析参数对控制性能影响

对参数分别改变±20%，±50%观察系统的响应曲线。

将参数Kp,Ki和Kd分别变化±20% ：即Kp=28.8, Ki=24, Kd=2.4和Kp=19.2, Ki=16, Kd=1.6其仿真效果如下：

图2 Kp,Ki和Kd分别变化±20%后仿真效果图

将参数Kp,Ki和Kd分别变化±50%，即Kp=32, Ki=30, Kd=3和Kp=12, Ki=10, Kd=1,其仿真

PID参数整定

Ｆ

福建电脑

ＵＪＩＡＮＣＯＭＰＵＴＥＲ

基于遗传算法的ＰＩＤ参数整定与优化

梁肖肖，常家树，董沁怡，于雯彬，于蕾

（徐州工程学院信电工程学院江苏徐州２２１０００）

【摘要】：ＰＩＤ参数整定与优化一直是自动控制领域研究的重要问题。采用遗传算法进行ＰＩＤ参数整定与优化是一种寻求全局最优且与初始条件无关的优化方法。在参数整定与优化过程中，考虑了过程控制系统的参数整定特点和寻优精度。

：遗传算法；ＰＩＤ控制；参数；寻优【关键词】０．引言

PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于过其算法简单、

程控制和运动控制中，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统中。在PID控制中，控制效果的PID好坏完全取决与PID参数的整定与优化。目前，参数整定与优化方法有很多，如Z-N法、继电型自整最优设计法及梯度法、单纯形法。前几种整定方定法、

法带有经验性并且不是最优解，梯度法和单纯形法极易陷入局部最优点。因此可采用遗传算法进行参数寻优，该方法是一种不需要任何初始信息并可以寻求全局最优解的高效优化组合方法。

１．遗传算法

遗传算法，是由美国的J.H.Holland提出的一种模仿生物进化过程的最优化方法。是以自然选择与遗传理论为基础，将生

PID参数自整定的方法及实现 近年来出现的各种智能型数字显示调节仪，一般都具有PID参数自整定功能。仪表在初次使用时，可通过自整定确定系统的最佳P、I、D调节参数，实现理想的调节控制。在自整定启动前，因为系统在不同设定值下整定的参数值不完全相同，应先将仪表的设定值设置在要控制的数值（如果水电站或是中间值）上。在启动自整定后，仪表强制系统产生扰动，经过2~3个振荡周期后结束自整定状态。仪表通过检测系统从超调恢复到稳态（测量值与设定值一致）的过度特性，分析振荡的周期、幅度及波形来计算仪表的最佳调节参数。理想的调节效果是，设定值应与测量值保持一致，可从动态（设定值变化或扰动）合稳态（设定值固定）两个方面来评价系统调节品质，通过PID参数自整定，能够满足大多数的系统。不同的系统

由于惯性不同，自整定时间有所不同，从几分钟到几小时不等。

我单位有一台DYJ-36-2型油加热器。该油加热器是由加热炉体、载体传输通道、膨胀系统及电控装置构成，与用热设备组成了一个循环加热系统。热载体（导热油）在炉体内被电热管加热后，用热油泵通过管路传送到用热设备，放热后再次回到炉体内升温，实现连续循环过程。控制油温的调节仪表时日本SHIMADEN（岛电）公司的SR73

锅炉汽包水位自整定模糊PID控制

第２６卷第３期

２００８年７月沈阳师范大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｚＰｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）Ｖ０１．２６．Ｎｏ．３Ｊｕｌ．２００８文章编号：１６７３—５８６２（２００８）０３—０２９４—０３

锅炉汽包水位自整定模糊ＰＩＤ控制

于洪泽１，２

（１．沈阳理工大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳１１０１６８；２．辽东学院机电学院，辽宁丹东１１８００３）

摘要：锅炉汽包水位是一种非线性、时变大、强耦合的多变量系统．在建立锅炉汽包水位调

节系统的基础上，运用自整定模糊ＰＩＤ控制对汽包水位进行控制．并对控制器的设计进行仿真分

析，结果表明自整定模糊ＰＩＤ控制改善了汽包水位控制系统的静、动态特性，从而实现了对锅炉汽

包水位的最佳实时控制．

关键词：锅炉；汽包水位；模糊控制；模糊自整定ＰＩＤ控制；仿真

中图分类号：ＴＫ２２３．１＋３文献标识码：Ａ

在锅炉运行中，水位是一个很重要的参数．若水位过高，则会影响汽水分离的效果，使用气设备发生故障；而水位过低，则会破坏汽水循环，严重时导致锅炉爆炸．同时高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大，而汽包的体积相对来说较小，所以锅炉水位控制显得非常重要．锅炉水位

存档日期： 存档编号：

本科生毕业设计（论文）

论 文 题 目：基于Maltab/Simulink的PID参数自整定

控制系统的仿真研究

姓 名： 赵磊 系 别： 机电工程系 专 业： 电气工程及其自动化 年 级 、 学 号： 12Z电气 108320041 指 导 教 师： 邹宽胜

江苏师范大学科文学院印制

1

摘 要

在工业过程控制中PID控制系统有着广泛的应用。其具有调节方便、控制效果好的特点。对于传统的PID调节，无法让更多技术人员使用，并且调节参数的过程非常麻烦，占用时间也长，也很难达到预期的效果，特别是在工程应用中，比仿真调整更加有难度。本文应用了基于模糊的PID参数自整定的方法，在Simulink中，仿真并对其分析得出结果，首先仿真了采用传统PID控制的方案，经过反复调节参数，得到了比较理想的结果，其次采用了模糊PID控制器的方法，简单快速的得

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本科生毕业设计（论文）

论 文 题 目：基于Maltab/Simulink的PID参数自整定

控制系统的仿真研究

姓 名： 赵磊 系 别： 机电工程系 专 业： 电气工程及其自动化 年 级 、 学 号： 12Z电气 108320041 指 导 教 师： 邹宽胜

江苏师范大学科文学院印制

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摘 要

在工业过程控制中PID控制系统有着广泛的应用。其具有调节方便、控制效果好的特点。对于传统的PID调节，无法让更多技术人员使用，并且调节参数的过程非常麻烦，占用时间也长，也很难达到预期的效果，特别是在工程应用中，比仿真调整更加有难度。本文应用了基于模糊的PID参数自整定的方法，在Simulink中，仿真并对其分析得出结果，首先仿真了采用传统PID控制的方案，经过反复调节参数，得到了比较理想的结果，其次采用了模糊PID控制器的方法，简单快速的得

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本科生毕业设计（论文）

论 文 题 目：基于Maltab/Simulink的PID参数自整定

控制系统的仿真研究

姓 名： 赵磊 系 别： 机电工程系 专 业： 电气工程及其自动化 年 级 、 学 号： 12Z电气 108320041 指 导 教 师： 邹宽胜

江苏师范大学科文学院印制

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摘 要

在工业过程控制中PID控制系统有着广泛的应用。其具有调节方便、控制效果好的特点。对于传统的PID调节，无法让更多技术人员使用，并且调节参数的过程非常麻烦，占用时间也长，也很难达到预期的效果，特别是在工程应用中，比仿真调整更加有难度。本文应用了基于模糊的PID参数自整定的方法，在Simulink中，仿真并对其分析得出结果，首先仿真了采用传统PID控制的方案，经过反复调节参数，得到了比较理想的结果，其次采用了模糊PID控制器的方法，简单快速的得