过程控制与自动化仪表PID控制仿真实验
《自动控制原理》自动控制PID实验报告
《自动控制原理》自动控制PID实验报告课程名称自动控制原理实验类型：实验项目名称：自动控制PID一、实验目的和要求1、学习并掌握利用MATLAB 编程平台进行控制系统复数域和频率域仿真的方法。
2、通过仿真实验研究并总结PID 控制规律及参数对系统特性影响的规律。
3、实验研究并总结PID 控制规律及参数对系统根轨迹、频率特性影响的规律，并总结系统特定性能指标下根据根轨迹图、频率响应图选择PID 控制规律和参数的规则。
二、实验内容和原理一）任务设计如图所示系统，进行实验及仿真程序，研究在控制器分别采用比例（P）、比例积分（PI）、比例微分（PD）及比例积分微分（PID）控制规律和控制器参数（Kp、Ki、Kd）不同取值时，控制系统根轨迹和阶跃响应的变化，总结pid 控制规律及参数变化对系统性能、系统根轨迹、系统阶跃响应影响的规律。
具体实验容如下：1、比例（P）控制，设计参数Kp 使得系统处于过阻尼、临界阻尼、欠阻尼三种状态，并在根轨迹图上选择三种阻尼情况的Kp 值，同时绘制对应的阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 的变化情况。
总结比例（P）控制的规律。
2、比例积分（PI）控制，设计参数Kp、Ki 使得由控制器引入的开环零点分别处于：1）被控对象两个极点的左侧；2）被控对象两个极点之间；3）被控对象两个极点的右侧（不进入右半平面）。
分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定主导极点及控制器的相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 和Ki 的变化情况。
总结比例积分（PI）控制的规律。
3、比例微分（PD）控制，设计参数Kp、Kd 使得由控制器引入的开环零点分别处于：1）被控对象两个极点的左侧；2）被控对象两个极点之间；66 3）被控对象两个极点的右侧（不进入右半平面）。
分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定控制器的相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 和Kd 的变化情况。
PID仿真实验报告
PID仿真实验报告PID控制是一种经典的控制方法，被广泛应用于工业自动化控制系统中。
本次实验主要针对PID控制器的参数调整方法进行仿真研究。
实验目的：1.研究PID控制器的工作原理；2.了解PID参数调整的方法；3.通过仿真实验比较不同PID参数对系统控制性能的影响。
实验原理：PID控制器由比例（P）、积分（I）、微分（D）三个控制部分组成。
比例控制：输出与误差成比例，用来修正系统集成误差；积分控制：输出与误差的积分关系成比例，用来修正系统持续存在的静态误差；微分控制：输出与误差变化率成比例，用来修正系统的瞬态过程。
PID参数调整方法有很多种，常见的有经验法、Ziegler-Nichols法和优化算法等。
实验中我们使用经验法进行调整，根据系统特性来进行手动参数调整。
实验装置与步骤：实验装置：MATLAB/Simulink软件、PID控制器模型、被控对象模型。
实验步骤：1. 在Simulink中建立PID控制器模型和被控对象模型；2.设定PID控制器的初始参数；3.运行仿真模型，并记录系统的响应曲线；4.根据系统响应曲线，手动调整PID参数；5.重复第3步和第4步，直到系统的响应满足要求。
实验结果与分析：从图中可以看出，系统的响应曲线中存在较大的超调量和震荡，说明初始的PID参数对系统控制性能影响较大。
从图中可以看出，系统的响应曲线较为平稳，没有出现明显的超调和震荡。
说明手动调整后的PID参数能够使系统达到较好的控制效果。
总结与结论：通过本次实验，我们对PID控制器的参数调整方法进行了研究。
通过手动调整PID参数，我们能够改善系统的控制性能，提高系统的响应速度和稳定性。
这为工业自动化控制系统的设计和优化提供了参考。
需要注意的是，PID参数的调整是一个复杂的工作，需要结合具体的控制对象和要求进行综合考虑。
而且，不同的参数调整方法可能适用于不同的控制对象和场景。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的参数调整方法，并进行实验验证。
学生--PID控制MATLAB仿真实验
计算机控制技术实验指导书（MATLAB版）机电学院杨蜀秦编2012-11-19实验一 连续系统的模拟PID 仿真一、基本的PID 控制 在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID 控制。
模拟PID 控制系统原理框图如图1-1所示。
图1-1 模拟PID 控制系统原理框图PID 控制规律为：⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=⎰dt t de T dt t e T t e k t u DtI p )()(1)()(0或写成传递函数的形式⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++==s T s T k s E s U s G D I p 11)()()( Ex1 以二阶线性传递函数ss 251332+为被控对象，进行模拟PID 控制。
输入信号)2.0*2sin()(t t r π=，仿真时取3,1,60===d i p k k k ，采用ODE45迭代方法，仿真时间10s 。
仿真方法一：在Simulink 下进行仿真，PID 控制由Simulink Extras 节点中的PID Controller 提供。
仿真程序：ex1_1.mdl ，如图1-2所示。
图1-2 连续系统PID 的Simulink 仿真程序连续系统的模拟PID 控制正弦响应结果如图1-3所示。
图1-3 连续系统的模拟PID 控制正弦响应仿真方法二：在仿真一的基础上，将仿真结果输出到工作空间中，并利用m 文件作图。
仿真程序：ex1_2.mdl ，程序中同时采用了传递函数的另一种表达方式，即状态方程的形式，其中[]0,01,1330,25010==⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=D C B A ，如图1-4所示。
m 文件作图程序：ex1_2plot.mclose all ;plot(t,rin,'k',t,yout,'k'); xlabel('time(s)'); ylabel('r,y');二、线性时变系统的PID 控制 Ex2 设被控对象为Jss Ks G +=2)(，其中)2sin(300400),6sin(1020t K t J ππ+=+=，输入信号为)2sin(5.0t π。
过控仿真实验
《过程控制与自动化仪表》仿真实验实验一：自衡单容过程的阶跃响应 一、实验目的1. 熟悉MATLAB 软件的操作过程2. 了解自衡单容过程的阶跃响应过程3. 得出自衡单容过程的单位阶跃响应曲线二、实验内容已知两个自衡单容过程的模型分别为2()21G s s =+和52()21sG s e s -=+，试在Simulink 中建立模型，并求单位阶跃响应曲线。
三、实验步骤1. 在Simulink 中建立模型，得出实验原理图。
如下图：2. 运行模型后，双击Scope ，得到的单位阶跃响应曲线。
实验二：自衡双容过程的阶跃响应 一、实验目的1. 了解自衡双容过程的阶跃响应过程2. 得出自衡双容过程的单位阶跃响应曲线3. 对比自衡过程和无自衡过程的响应曲线二、实验内容已知两个双容过程的模型分别为1()(21)(1)G s s s =++（双容有自衡能力过程）和1()(21)G s s s =+（双容无自衡能力过程），试在Simulink 中建立模型，并求单位阶跃响应曲线。
三、实验步骤1. 在Simulink 中建立模型，得出实验原理图。
如下图：2. 运行模型后，双击Scope ，得到的单位阶跃响应曲线。
实验三：比例调节及其对系统性能的影响 一、实验目的1. 了解比例调节的作用2. 了解比例调节强弱对系统性能的影响二、实验内容已知控制系统如下图所示，其中01()(1)(21)(51)G s s s s =+++，H(s)为单位反馈，且在第二个和第三个环节（即1(21)s +和1(51)s +）之间有累加的扰动输入（在5秒时幅值为0.2的阶跃扰动）。
对系统采用比例控制，比例系数分别为0.8,2.4,3.5p K =，试利用Simulink 求各比例系数下系统的单位阶跃响应曲线。
三、实验步骤1. 在Simulink 中建立模型如下图：2. 运行模型后，双击Scope，得到的单位阶跃响应曲线。
3.置阶跃输入为0，在5秒时，加入幅值为0.2的阶跃扰动，得到扰动响应曲线。
PID控制器仿真实验报告
上海商学院信息与计算机学院
物联网工程专业实验报告
四、实验步骤与结果
分析控制器的参数对系统静态误差设被控对象等效传递函数为：G(s)=1
s(s+1)(s+5)
的影响，执行如下程序：
屏幕中得到该系统传递函数的根轨迹图：
当开环增益小于约32.2时，系统处于稳定状态。
由图中可知原系统在临界稳定状态时，取K’=30，P’=2π/w c=2π/2.3≈2.73 利用等幅震荡整定法，可以确定控制器对应的参数
控制器类型等幅震荡整定
P K=0.5K’
PI K=0.45K’,T=0.833P
PID K=0.6K’,T=0.5P’,T’=0.125P’得到没有加PID控制时原系统及添加PID控制器后系统的阶跃响应其中参数
K=0.6*30=18
T=0.5P’=0.5*2.73=1.365
T’=0.125P’=0.125*2.73=0.34125
执行如下图所示程序：
屏幕呈现图像：
五、思考与练习
我们用MATLAB对PID控制器进行一次仿真，进入Simulink，按下图显示将PID Controller，Scope，Step，Sum，TransferFon添加到模型编辑区域并连接：
此时的sum反馈的符号是一个+，也就是说这是一个正反馈，但是我们PID一般都是负反馈，所以需要改一下反馈的符号。
双击sum切换到sum的属性对话框，将List of signs由++改为--，则下面的+会变成减。
执行，打开Scope查看PID输出波形如下图：
我们也可以打开PID控制器，调整参数：
调整之后图像也有所变化：
六、心得体会。
《计算机控制技术》数字PID控制器设计与仿真实验报告
《计算机控制技术》数字PID控制器设计与仿真实验报告课程名称：计算机控制技术实验实验类型：设计型实验项目名称：数字PID控制器设计与仿真一、实验目的和要求1. 学习并掌握数字PID以及积分分离PID控制算法的设计原理及应用。
2. 学习并掌握数字PID控制算法参数整定方法。
二、实验内容和原理图3-1图3-1是一个典型的 PID 闭环控制系统方框图，其硬件电路原理及接线图可设计如图1-2所示。
图3-2中画“○”的线需用户在实验中自行接好，对象需用户在模拟实验平台上的运放单元搭接。
图3-2上图中，ADC1为模拟输入，DAC1为模拟输出，“DIN0”是C8051F管脚 P1.4，在这里作为输入管脚用来检测信号是否同步。
这里，系统误差信号E通过模数转换“ADC1”端输入，控制机的定时器作为基准时钟(初始化为10ms)，定时采集“ADC1”端的信号，得到信号E的数字量，并进行PID计算，得到相应的控制量，再把控制量送到控制计算机及其接口单元，由“DAC1”端输出相应的模拟信号，来控制对象系统。
本实验中，采用位置式PID算式。
在一般的PID控制中，当有较大的扰动或大幅度改变给定值时，会有较大的误差，以及系统有惯性和滞后，因此在积分项的作用下，往往会使系统超调变大、过渡时间变长。
为此，可采用积分分离法PID控制算法，即：当误差e(k)较大时，取消积分作用；当误差e(k)较小时才将积分作用加入。
图3-3是积分分离法PID控制实验的参考程序流程图。
图3-3三、主要仪器设备计算机、模拟电气实验箱四、操作方法与实验步骤1.按照图3-2搭建实验仿真平台。
2.确定系统的采样周期以及积分分离值。
3.参考给出的流程图编写实验程序，将积分分离值设为最大值0x7F，编译、链接。
4.点击，使系统进入调试模式，点击，使系统开始运行，用示波器分别观测输入端R以及输出端C。
5.如果系统性能不满意，用凑试法修改PID参数，再重复步骤3和4，直到响应曲线满意，并记录响应曲线的超调量和过渡时间。
PID自动控制系统参数整定实验报告
T13. PID自动控制系统参数整定（化工仪表与自动化，指导教师：卢红梅）实验一：一阶单容上水箱对象特性测试实验实验二：上水箱液位PID整定实验一、实验目的1）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
2）、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。
3）、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。
4）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
5）、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。
6）、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。
二、实验设备THKJ100-1型过程控制实验装置配置：上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。
型参数为串联釜数N三、实验原理实验一原理：阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过控制器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号）。
同时，记录对象的输出数据或阶跃响应曲线，然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。
实验二原理：图13.1单回路上水箱液位控制系统图13.1为单回路上水箱液位控制系统，单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。
本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。
根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用工业智能仪表控制。
当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。
合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。
反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。
因此，当一个单回路系统组成好以后，如何整定好控制器参数是一个很重要的实际问题。
一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。
自动化仪表与过程控制实验指导书
扰动 设定值 上水箱 电动阀 e
调节器 反馈值 上水箱 液位变送器 图1-2 五、实验步骤 1、按附图单容液位控制实验接线图接好实验导线和通讯线。
2、将控制台背面右侧的通讯口（在电源插座旁）与上位机连 接。 3、将手动阀门1V1、1V10、V4、V5打开，其余阀门全部关闭。 4、先打开实验对象的系统电源，然后打开控制台上的总电源， 再打开仪表电源。 5、整定参数值的计算 设定适当的控制参数使过渡过程的衰减比为4：1，整定参数 值可按下列“阶跃反应曲线整定参数表”。 表1 阶跃反应曲线整定参数表
再打开仪表电源。 5、设置智能调节器参数（可在仪表上直接设置，也可在计算机 上设置），其需要设置的参数如下：（未列出者用出厂默认值） （1）主调节器 SV=20 （参考值） dF=0.3 （参考值） CtrL=1 P=30 （参考值） I=60 （参考值） d=0 （参考值） Sn=33 Dip=2 （参考值） dIL=0 dIH=50 OP1=4 OPL=0 OPH=100 CF=0 Addr=2 run=1 （2）副调节器 dF=0.3 （参考值） CtrL=1 P=36 （参考值） I=15 （参考值） d=0 （参考值） Sn=32 Dip=1 （参考值） dIL=0 dIH=800 OP1=4 OPL=0 OPH=100 CF=8 Addr=1 run=1 具体请详细阅读调节器使用手册
dHAL=9999 dlAL=9999 dF=0.5 （参考值） Ctrl=0 Sn=33 Dip=1 （参考值） dIL=0 dIH=50 Alp=2 OP1＝0 具体请详细阅读调节器使用手册 5、在控制板上打开水泵1、位控干扰。 6、在信号板上打开上水箱输出信号。 六、 思考建议 在什么样的情况下适合采用位式控制。
PID控制系统的Simulink仿真实验报告
自动控制原理实验报告PID 控制系统的Simulink 仿真1.实验目的1）掌握PID 控制规律及控制器的实现。
控制规律及控制器的实现。
2）对给定系统合理地设计PID 控制器。
控制器。
3）掌握对给定系统进行PID 控制器参数在线实验工程整定的方法。
控制器参数在线实验工程整定的方法。
2.实验原理在串联校正中，比例控制可提高系统开环增益，减少系统稳态误差，提高系统的控制精度，但会降低系统的相对稳定性，甚至可能造成系统闭环系统不稳定，积分控制可以提高系统的型别，有利于提高系统稳定性能，有利于提高系统稳定性能，但积分控制增加了一个位于原点的开环极点，但积分控制增加了一个位于原点的开环极点，但积分控制增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生使信号产生90度的相位滞后，对系统的稳定不利，故不宜采用单一的积分控制器；微分控制规律能反映输入信号的变化趋势，映输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，产生有效的早期修正信号，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，以增加系统的阻尼程度，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统从而改善系统的稳定性，但微分控制增加了一个（-1/t)的开环极点，使系统的相角裕度提高，因此有助于系统动态性能的改善。
系统动态性能的改善。
在串联校正中，PI 控制器增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s 左半平面的开环零点。
位于原点的开环极点可以提高系统的型别（无差度），减小稳态误差，有利于提高系统稳定性能；负的开环零点可以减小系统的阻尼，缓和PI 极点对系统产生的不利影响。
只要积分时间常数Ti 足够大，PI 控制器对系统的不利影响可大大减小。
PI 控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。
主要用来改善控制系统的稳态性能。
在串联校正中，PID 控制器增加了一个位于原点的开环极点和两个位于s 左半平面的开环零点。
除了具有PI 控制器的优点外，还多了一个负实零点，动态性能比PI 更具有优越性。
控制系统pid参数整定方法的matlab仿真实验报告
控制系统pid参数整定方法的matlab仿真实验报告一、引言PID控制器是广泛应用于工业控制系统中的一种常见控制算法。
PID 控制器通过对系统的误差、误差积分和误差变化率进行调节，实现对系统的稳定性和动态性能的控制。
而PID参数的整定是保证系统控制性能良好的关键。
本实验旨在利用Matlab仿真，研究控制系统PID参数整定的方法，探讨不同整定策略对系统稳定性和动态性能的影响，为工程实际应用提供理论依据。
二、控制系统模型本实验采用了以二阶惯性环节为例的控制系统模型，其传递函数为：G(s) = K / (s^2 + 2ξω_ns + ω_n^2)其中，K为系统增益，ξ为阻尼比，ω_n为自然频率。
三、PID参数整定方法实验中我们探讨了几种典型的PID参数整定方法，包括经验法、Ziegler-Nichols方法和遗传算法。
1. 经验法经验法是一种简单粗糙的PID参数整定方法，根据实际系统的性质进行经验性调试。
常见的经验法包括手动调整法和试探法。
在手动调整法中，我们通过调整PID参数的大小，观察系统的响应曲线，从而找到满足系统性能要求的参数。
这种方法需要操作者有一定的经验和直觉，且对系统有一定的了解。
试探法是通过试验和试验的结果来确定PID参数的值。
在试探过程中，我们可以逐渐逼近最佳参数，直到满足系统性能要求。
2. Ziegler-Nichols方法Ziegler-Nichols方法是一种广泛应用的PID参数整定方法。
该方法通过系统的临界增益和临界周期来确定PID参数。
首先，在开环状态下，逐渐增加系统增益，当系统开始出现振荡时，记录下此时的增益值和周期。
然后根据临界增益和临界周期的数值关系，计算出PID参数。
3. 遗传算法遗传算法是一种基于生物进化原理的优化算法，可以用于自动化调整PID参数。
该方法通过对参数的种群进行进化迭代，逐渐找到最优的PID参数。
四、实验结果与分析我们利用Matlab进行了控制系统的PID参数整定仿真实验，并得到了不同整定方法下的系统响应曲线。
PID仿真实验
实验1 闭环控制系统仿真实验——PID 控制算法仿真一、实验目的1．掌握PID 控制规律及控制器实现。
2．掌握用Simulink 建立PID 控制器及构建系统模型与仿真方法。
二、实验设备计算机、MATLAB 软件 三、实验原理在模拟控制系统中，控制器中最常用的控制规律是PID 控制。
PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差。
PID 控制规律写成传递函数的形式为s K sKiK s T s T K s U s E s G d p d i p ++=++==)11()()()( 式中，P K 为比例系数；i K 为积分系数；d K 为微分系数；ip i K K T =为积分时间常数；pdd K K T =为微分时间常数；简单来说，PID 控制各校正环节的作用如下：（1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。
（2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。
积分作用的强弱取决于积分时间常数i T ，i T 越大，积分作用越弱，反之则越强。
（3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。
四、实验过程1、在MA TLAB 命令窗口中输入“simulink ”进入仿真界面。
2、构建PID 控制器：（1）新建Simulink 模型窗口（选择“File/New/Model ”）,在Simulink Library Browser 中将需要的模块拖动到新建的窗口中，根据PID 控制器的传递函数构建出如下模型：各模块如下：Math Operations 模块库中的Gain 模块，它是增益。
拖到模型窗口中后，双击模块，在弹出的对话框中将‘Gain ’分别改为‘Kp ’、‘Ki ’、‘Kd ’，表示这三个增益系数。
Continuous 模块库中的Integrator 模块，它是积分模块；Derivative 模块，它是微分模块。
控制仿真PID实验报告
自动化1103
张天赐
201123910415
实验内容；控制系统设计与仿真（根轨迹，伯德图，PID）
实验步骤：
例4-8已知晶闸管直流调速系统的结构图如图，分析PID控制器的P、I和D对调速系统性能的影响
实验截图：
随着Kp的增大，系统的在增加，过渡过程时间变大，但响应初期的速度变大；系统的ess随着Kp的增大而减小。
绘制矫正后曲线
可得校正后系统的单位阶跃响应，曲线校正后系统是稳定的
例4-11某单位反馈控制系统的开环传递函数为：
校正后
4-12某单位反馈控制系统的开环传递函数为
校正前图像
未校正系统稳定，但响应速度较慢
校正后
校正后系统稳定，性能为
例4-4
未校正时的伯德图为
校正装置的传函为
校正后为
性能满足要求
实验心得：通过本次实验，了解了如何通过PID控制，波特图来判断是否系统处于稳定状态，并如何进行校正使之满足性能上的要求。
(2)积分作用分析,令，，，
绘制系统单位阶跃响应曲线，程如下
随着Kp的增大，系统的在增加，过渡过程时间变大，但响应初期的速度变大；系统的ess随着Kp的增大而减小。
微分作用分析
随着TD的增大，系统的在增大，过渡过程时间变大，响应初期的速度变小
例4-9程序为
其次，绘制根轨迹图，找到临界稳定增益
求取PID的参数kp=0.024，ti=0.98，td=0.25
pid控制实验报告
pid控制实验报告引言：PID（Proportional-Integral-Derivative）控制是一种常用的控制算法，广泛应用于自动控制系统中。
PID控制器通过不断调整控制量，使得被控对象的输出尽可能接近所期望的目标值。
本文将对PID控制实验进行详细介绍。
实验目的：通过实验，掌握PID控制器的基本原理和工作方式，熟悉PID 参数的调节方法，了解PID控制器在不同系统中的应用。
实验器材：1. 一台计算机2. 编程软件（如MATLAB）3. 实验装置（可选项，如温度控制装置、电机等）实验步骤：1. 确定实验对象：可以选择温度控制装置、水位控制装置或电机等，根据实际需求进行选择。
2. 设计PID控制器：根据实验对象的特性和目标，设计合适的PID控制器，包括确定比例系数KP、积分系数KI和微分系数KD。
3. 参数调节：通过试验和分析，调节PID参数，使得控制系统的性能最优。
4. 实验记录和分析：记录实验数据，并进行分析，评估PID控制器的性能和稳定性。
实验结果：实验结果将根据实际情况有所不同，这里以温度控制装置为例进行讨论。
1. 初始状态：实验开始时，温度控制装置处于初始状态，温度与目标温度存在误差。
2. 比例控制作用：PID控制器根据比例系数KP对误差进行处理，并输出相应的控制量。
当误差较大时，控制量较大，加快系统的响应速度。
随着误差减小，控制量逐渐减小，使系统温度逐渐接近目标温度。
3. 积分控制作用：当误差存在积累时，积分控制作用发挥作用，通过积分系数KI 对误差进行处理。
积分控制可以消除稳态误差，使得系统温度更加稳定。
4. 微分控制作用：微分控制主要处理误差的变化率，通过微分系数KD对误差变化的斜率进行处理。
微分控制可以提高系统的稳定性和响应速度。
5. 参数调节：在实验过程中，根据实际的系统响应和性能要求，通过试验和分析逐步调节PID参数，使得系统的控制响应更加稳定和准确。
实验分析：PID控制器在实验中的表现取决于PID参数的选择和调节。
PID实验报告(实验一)
实验一: 使用simulink对给定对象进行控制仿真一：原理说明：一般说, 增加控制系统比例增益, 可以提高系统的响应速度, 同时也会降低稳态误差。
尽管如此, 如果比例增益太大, 系统超调就会增大, 如果Kp再进一步增加, 震荡就会加大, 系统就会变得不稳定。
图a实验原理图如下图（a）所示, 其中原理图中给定的黄色的输入信号的理想的输入稳定值是1（如图（b）中的箭头所示）, 而根据误差中值定理算得它的实际的稳定值是0.6。
通过尝试使用不同的Kp值, 观察Kp的设定对系统动态过程的影响如下图(b)、 (c) 、(d) 、(e)所示。
当: A.要求系统的静差为给定值的40%时, 计算为: （1 -0.6）/1*100%=40%）, 系统的静差为给定值的40%的图像如左图（d）所示；B.系统要求它的超调量小于或者等于40%的条件下, 使得系统的上升时间尽量减少, 计算过程为: （1.4-1）/1*100%=40%）,系统要求超调量小于或者40%的条件下, 使得系统的上升时间尽量减少的图像如左图（e）所示。
一: 当给定KP 分别为 0.8、2.4、3.5 :Kp 的设定对系统动态过程的影响图像如左图（b ）所示:1_1: 当调节KP 分别为1.3.5:Kp 的设定对系统动态过程的影响图像如左图（c ）所示:1_2: 当调节KP 分别为 1.5.3.5 : 图（b ）图（c ）系统的静差为给定值40%（注: （1-0.6）/1*100%=40%）的图像如左图（d）所示:图（d）对于单位负反馈, 静差E(S)=R(S)-C(S), 其中输入信号为1（t）根据终值定理可知当KP取1.5时, 系统的静差刚好为给定值的40%。
1_3: 当调节KP分别为7、3.5:➢系统要超调量小于或40%（（1.4-1）/1*100%=40%）条件下, 使系统上升时间尽量减少如图（e）所示:➢总结: 联系上图（b）、（c）、（d）、（e）可知, KP由0.8一直增大到7可以看出, 增大比例系数KP可以加快系统的响应, 在有静差的时候有助于减小静差。
过程控制与自动化仪表PID控制仿真实验
过程控制与自动化仪表PID 控制仿真实验1. 设有一温度控制系统，温度测量范围是0～600℃，温度采用PID 控制，控制指标为450±2℃。
已知比例系数4=P K ,积分时间s T I 60=，微分时间s T D 5=，采样周期s T 5=。
当测量值448)(=n c ，449)1(=-n c ，442)2(=-n c 时，计算增量输出)(n u ∆。
若1860)1(=-n u ，计算第n 次阀位输出)(n u 。
2. 下图为锅炉液位的控制方案，说明什么是被控变量、操纵变量和干扰？请分析控制过程。
解：由图知，被控量是锅炉液位高度，操纵变量是给水量的大小，干扰是释放的蒸汽量。
控制过程：由液位变送器LT监控液位高度，当实际液位低于设定水位高度，液位控制器LC加大给水量，使得水流量增加，液位高度上升，直到接近设定水位高度；当实际液位高于设定水位，液位控制器LC减小给水量，使得水流量减少，从而使锅炉液位高度下降，接近设定水位高度。
3. 建立如下所示Simulink仿真系统图。
利用Simulink仿真软件进行如下操作：1.建立如图所示的Simulink原理图。
2.双击原理图中的PID模块，出现参数设定对话框，将PID控制器的积分增益和微分增益改为0，使其具有比例调节功能，对系统进行纯比例控制。
3.进行仿真，观测系统的响应曲线，分析系统性能；然后调整比例增益，观察响应曲线的变化，分析系统性能的变化。
4.重复（步骤2,3），将控制器的功能改为比例微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例微分的作用。
5.重复（步骤2,3），将控制器的功能改为比例积分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分的作用。
6.重复（步骤2,3），将控制器的功能改为比例积分微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分微分的作用。
7.将PID控制器的积分微分增益改为0，对系统进行纯比例控制。
不断修改比例增益，使系统输出的过度过程曲线的衰减比n=4，记下此时的比例增益值。
pid自控原理实验报告
自动控制原理实验——第七次实验一、实验目的（1）了解数字PID控制的特点，控制方式。
（2）理解和掌握连续控制系统的PID控制算法表达式。
（3）（4）了解和掌握用试验箱进行数字PID控制过程。
（5）观察和分析在标PID控制系统中，PID参数对系统性能的影响。
二、实验内容1、数字PID控制一个控制系统中采用比例积分和微分控制方式控制，称之为PID控制。
数字PID控制器原理简单，使用方便适应性强，可用于多种工业控制，鲁棒性强。
可以用硬件实现，也可以用软件实现，也可以用如见硬件结合的形式实现。
PID控制常见的是一种负反馈控制，在反馈控制系统中，自动调节器和被控对象构成一个闭合回路。
模拟PID控制框图如下：输出传递函数形式：()1()()p i dU sD s K K K sE s s==++其中Kp为调节器的比例系数，Ti为调节器的积分常数，Td是调节器的微分常数。
2、被控对象数学模型的建立 1）建立模型结构在工程中遇到的实际对象大多可以表示为带时延的一阶或二价惯性环节，故PID 整定的方法多从这样的系统入手，考虑有时延的单容被控过程，其传递函数为：0001()1s G s K e T S τ-=⨯+这样的有时延的单容被控过程可以用两个惯性环节串联组成的自平衡双容被控过程来近似，本实验采用该方式作为实验被控对象，如图3-127所示。
001211()11G s K T S T S =⨯⨯++2）被控对象参数的确认对于这种用两个惯性环节串联组成的自平衡双容被控过程的被控对象，在工程中普遍采用单位阶跃输入实验辨识的方法确认0T 和τ，以达到转换成有时延的单容被控过程的目的。
单位阶跃输入实验辨识的原理方框如图3-127所示。
对于不同的、和K 值，得到其单位阶跃输入响应曲线后，由010()0.3()Y t Y =∞和020()0.7()Y t Y =∞得到1t 和2t ，再利用拉氏反变换公式得到To====3、采样周期的选择 采样周期选择。
控制仿真实验报告
实验名称：基于MATLAB/Simulink的PID控制器参数优化仿真实验日期：2023年11月10日实验人员：[姓名]实验指导教师：[指导教师姓名]一、实验目的1. 理解PID控制器的原理及其在控制系统中的应用。
2. 学习如何使用MATLAB/Simulink进行控制系统仿真。
3. 掌握PID控制器参数优化方法，提高控制系统的性能。
4. 分析不同参数设置对系统性能的影响。
二、实验原理PID控制器是一种广泛应用于控制领域的线性控制器，它通过将比例（P）、积分（I）和微分（D）三种控制作用相结合，实现对系统输出的调节。
PID控制器参数优化是提高控制系统性能的关键。
三、实验内容1. 建立控制系统模型。
2. 设置PID控制器参数。
3. 进行仿真实验，分析系统性能。
4. 优化PID控制器参数，提高系统性能。
四、实验步骤1. 建立控制系统模型使用MATLAB/Simulink建立被控对象的传递函数模型，例如：```G(s) = 1 / (s^2 + 2s + 5)```2. 设置PID控制器参数在Simulink中添加PID控制器模块，并设置初始参数，例如：```Kp = 1Ki = 0Kd = 0```3. 进行仿真实验设置仿真时间、初始条件等参数，运行仿真实验，观察系统输出曲线。
4. 分析系统性能分析系统在给定参数下的响应性能，包括超调量、调节时间、稳态误差等指标。
5. 优化PID控制器参数根据分析结果，调整PID控制器参数，优化系统性能。
可以使用以下方法：- 试凑法：根据经验调整参数，观察系统性能变化。
- Ziegler-Nichols方法：根据系统阶跃响应，确定参数初始值。
- 遗传算法：使用遗传算法优化PID控制器参数。
6. 重复步骤3-5，直至系统性能满足要求五、实验结果与分析1. 初始参数设置初始参数设置如下：```Kp = 1Ki = 0Kd = 0```仿真结果如图1所示：从图1可以看出，系统存在较大的超调量和较长的调节时间，稳态误差较大。
过程控制仿真之PID控制
课程过程控制及自动化
仪表
实验项目PID仿真实验
专业年级自动化08级4班学号0807030424
指导老师任堰牛姓名刘真志
成绩
1.实验目的：
熟悉PID控制规律的特点，掌握用MATLAB进行仿真的基本步骤，学会对曲线进行调试。
2.实验数据和曲线
2.1构建带时滞的一阶惯性被控对象
2.1.1一阶惯性环节的构成及参数
图1. 被控对象--带时滞的一阶惯性
被控对象由一阶惯性环节错误！未找到引用源。
和传输延时环节（Transport Delay）串联构成，传输延时环节的参数time delay = 1。
2.1.2被控对象的阶跃响应
图2.激励源和示波器
Step单位阶跃信号发生器的参数step time =1，表明0s~1s间其输出为零，从第1s秒开始其才有输出。
被控对象的阶跃响应如图3所示，仿真时间持续50s。
图3. 被控对象的阶跃响应
2.2比例控制
2.2.1构建比例控制系统
如图4所示构建比例控制系统。
图4
2.2.2系统的阶跃响应
当比例环节Gain的比例参Gain分别为1、2、5时，系统的阶跃响应如图5、图6、图7所示。
图5
图6
图7
2.3PI控制
2.3.1构建PI控制系统
如图所示构建比例积分控制系统。
2.3.2系统的阶跃响应
当积分时间分别为1、2、0.5和0.25时，系统的阶跃响应如图所示。
如图所示，添加Pulse Generator作为扰动，其幅度为0.1，周期为20s。
系统响应如图所示。
PID仿真实验报告
自动控制系统结构特性及PID参数整定实验一、实验目的1、了解FESTO过程控制系统的组成、结构和功能；2、掌握PID控制器的基本原理；3、掌握试凑法对系统PID参数进行整定。
二、实验设备实验设备采用由德国FESTO生产组装的流体控制系统。
该系统由液位站、流量站、压力站、温度站和旁通站五个站点构成，其中前四个站可以独立进行水的液位、流量、压力、温度四个物理量测试和控制实验。
四个站的水路通过旁通站相连，并通过旁通站与计算机主机进行控制数据的通信。
同时在计算机端使用FESTO检控软件对控制过程进行监控。
通过该软件还可以对各个数字控制系统的比例积分微分系数以及设定值、输出值进行设定。
并可以曲线形式显示传感器的返回信号。
三、实验内容1、通过计算机监控软件，按照指导书上设定的参数对压力站进行设定，并观察系统阶跃响应曲线的变化，并记录。
2、对压力站进行PID参数的整定使得其系统的阶跃响应最优。
（自立调节目标）四、实验结果1、总结实验中液位、流量、压力、温度控制系统的共同特点。
答：(1)四个站点均为对流体的一项物理状态进行检测，并通过检测量与对应物理量预设值的比较结果控制相应的执行环节使得被控制量达到预设值。
(2)四个站点均采用闭环负反馈的控制方法实现了自动控制。
(3)四个站点均具有传感器，数字控制器、电动机、泵等主要元件。
2、分别写出液位、流量、压力、温度站的闭环控制系统结构框图。
根据实验指导书上所述原理，画出四个站点的闭环控制系统结构框图如下：液位站闭环控制系统结构框图流量站闭环控制系统结构框图压力站闭环控制系统结构框图温度站闭环控制系统结构框图3、实验数据表格记录Ⅰ、FESTO监控软件操作练习，对压力站完成以下实验：1）设定（Kp=1，Tr=0.5,Td=0）设定值W=30，观察系统阶跃响应曲线的变化。
由图线可以看出系统的响应为衰减震荡。
调节时间较长。
2）设定（Kp=5，Tr=0.5,Td=0）设定值W=30，观察系统阶跃响应曲线的变化。
PID 控制仿真实验
《本科实验报告》填写说明1．学员完成人才培养方案和课程标准要所要求的每个实验后，均须提交实验报告。
2．实验报告封面必须打印，报告内容可以手写或打印。
3．实验报告内容编排及打印应符合以下要求：（1）采用A4（21cm×29.7cm）白色复印纸，单面黑字打印。
上下左右各侧的页边距均为3cm；缺省文档网格：字号为小4号，中文为宋体，英文和阿拉伯数字为Times New Roman，每页30行，每行36字；页脚距边界为2.5cm，页码置于页脚、居中，采用小5号阿拉伯数字从1开始连续编排，封面不编页码。
（2）报告正文最多可设四级标题，字体均为黑体，第一级标题字号为4号，其余各级标题为小4号；标题序号第一级用“一、”、“二、”……，第二级用“（一）”、“（二）” ……，第三级用“1.”、“2.”……，第四级用“（1）”、“（2）” ……，分别按序连续编排。
（3）正文插图、表格中的文字字号均为5号。
一、实验目的1．能够建立和使用MA TLAB平台的Simulink仿真环境；2．能够进行数字PID控制的计算；3．能够进行数字PID控制的参数整定；4．能够描述大延迟被控对象对PID控制的影响。
二、实验内容给定：被控对象为，为一小纯滞后对象，输入为单位阶跃信号r( t ) 1( t )。
要求：应用扩充临界比例度法整定数字PID 控制器的四个控制参数：采样周期T 、比例系数p k 、积分时间常数i T 、微分时间常数d T ，并从图形上计算上升时间r t 、超调量p M 以及调整时间s t 。
控制度选为1.05，数字比例控制的采样周期为min T =0.02s，仿真时间为10s。
（1）用MA TLAB 的仿真工具Simulink 进行参数整定并仿真，其框图为注意：①Simulink 中的离散环节都自带有采样器（输入端）和零阶保持器（输出端）；②后缀为m 命令文件名不能与后缀为mdl 仿真框图文件名相同，否则m 文件不会执行。
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过程控制与自动化仪表 PID控制仿真实验
1. 设有一温度控制系统，温度测量范围是 0 ~ 600℃，温度采用PID 控制，控制指标为 450±2℃。
已知比例系数K 4 ,积分时间T 60 s ，微分时间T 5s，
P I D
采样周期T 5s 。
当测量值c(n) 448，c(n 1) 449 ，c(n 2) 442 时，计算
增量输出u(n)。
若u (n 1) 1860 ，计算第 n 次阀位输出u (n)。
2. 下图为锅炉液位的控制方案，说明什么是被控变量、控制变量和干扰？请分析控制过程。
解：由图知，被控量是锅炉液位高度，控制变量是给水量的大小，干扰是释放的
蒸汽量。
控制过程：由液位变送器LT监控液位高度，当实际液位低于设定水位高度，液位控制器LC加大给水量，使得水流量增加，液位高度上升，直到接近设定水位高度；当实际液位高于设定水位，液位控制器LC减小给水量，使得水流量减少，从而使锅炉液位高度下降，接近设定水位高度。
3. 建立如下所示 Simulink 仿真系统图。
利用 Simulink 仿真软件进行如下操作：
1. 建立如图所示的 Simulink 原理图。
2. 双击原理图中的 PID 模块，浮现参数设定对话框，将 PID 控制器的积分增益和微分增益改为 0，使其具有比例调节功能，对系统进行纯比例控制。
3. 进行仿真，观测系统的响应曲线，分析系统性能；然后调整比例增益，观察响应曲线的变化，分析系统性能的变化。
4. 重复(步骤 2,3)，将控制器的功能改为比例微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例微分的作用。
5. 重复(步骤 2,3)，将控制器的功能改为比例积分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分的作用。
6. 重复(步骤 2,3)，将控制器的功能改为比例积分微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分微分的作用。
7. 将 PID 控制器的积分微分增益改为 0，对系统进行纯比例控制。
不断修改比例增益，使系统输出的过度过程曲线的衰减比 n=4，记下此时的比例增益值。
8. 修改比例增益，使系统输出的过度过程曲线的衰减比 n=2，记下此时的比例增益值。
9. 修改比例增益，使系统输出呈现临界振荡波形，记下此时的比例增益。
10.将 PID 控制器的比例、积分增益进行修改，对系统进行比例积分控制。
不断修改比例、积分增益，使系统输出的过渡过程曲线的衰减比 n=2,4,10，记下此时比例和积分增益。
11.将 PID 控制器的比例、积分、微分增益进行修改，对系统进行比例积分控制。
不断修改比例、积分、微分增益，使系统输出的过度过程曲线的衰减比
n=2,4,10，记下此时比例、积分、微分增益。
12.写出结果分析报告。
解： 1、建立仿真原理图
2、调 PID 参数，使其为纯比例控制。
3、纯比例控制( K =1、5、10 ，K =K =0 ) P
I D
K =1
P
图中黄色曲线为阶跃输入曲线，蓝色为输出响应曲线，可知此时系统无超调，稳态误差大。
K =5
P
K =10
P
由以上三组响应曲线可以看出，纯比例控制对系统性能的影响为：
当 Kp 较小的时候，输出的超调量较小，振荡不明显，振荡频率较小，但余差较大，调节时间也较大；当 Kp 较大时，超调量也增大，振荡加剧，振荡频率增大，余差减小，调节时间也减小。
但系统余差始终不为零。
结论:比例环节能降低余差并提高系统速度，且为有差调节。
Kp 越大，系统的稳态误差越小，调节时间越小，提高了响应的速度，但超调量也越大，振荡加剧，系统稳定性降低。
4、比例微分控制
KP=5,KD=1，KI=0.
KP=5,KD=5,KI=0.
可知:当 KD 较小的时候，输出的超调量较大，振荡频率较大，调节时间也较大:当 KD 较大时，超调量减小，振荡频率减小，调节时间也减小。
此外，不管 Kd 取多大，稳态误差都存在，不为零。
结论:微分环节能加快系统的响应速度，降低超调量，并能抑制振荡，改善了系统的动态性能。
但微分环节与比例环节均不能使系统的稳态误差为零。
5、比例积分控制
KP=KI=1，KD=0.
KP=2，KI=1，KD=0.
KP=1，KI=2，KD=0.
KP=1，KI=5，KD=0.
可知:加入积分环节后，与纯比例环节或者比例微分环节相比调节时间增大，但稳态误差为零:随 Ki 的增大，超调量与调节时间均增大，且当 Ki 大于一定值时
系统变为发散振荡，趋于不稳定。
.
结论:积分环节能使系统的稳态误差为零，但降低系统的响应速度，降低其
稳定性。
6、PID 控制
KP=1，KI=1，KD=1.
KP=3，KI=1，KD=1.
KP=3，KI=2，KD=4.
KP=3，KI=5，KD=4.
可知:比例环节提速，积分环节使稳态误差为零，微分环节改善动态性能。
结论:采用比例积分微分环节后，即利用了比例微分环节的快速性，加快系统响应，又能使系统的稳态误差为零，调节效果较好。
7、KI=KD=0,n=4.
经过不断验证，当 KP=1.6 时
系统平衡于 0.615
第一个波峰峰值为 0.914
第二个波峰峰值为 0.689 KP=1.6，求得 n=4.04 ≈4 符合要求。
8、KI=KD=0,使衰减比 n=2.
经验算，当 KP=7 时， n=2.
系统稳定时趋于 0.875.
第一个波峰峰值为
1.4195
第二个波峰峰值为 1.1375 经计算得n≈2，此时 KP=7。
9、临界震荡波形
当 KP=100 时
10、比例积分控制，使 n=2，4，10.
①、当 KP=2，KI=0.6 时 n=2
②当 KP=2.9, KI=0.42 时， n=4
③当 KP=1.23, KI=0.02 时，n=10
11、PID 控制，使 n=2，4，10
①当 KP=6,KI=4,KD=1 时， n=2.
②当 KP=5.9,KI=1,KD=0.5 时， n=4.
③当 KP=4.9,KI=0.1,KD=0.1 时， n=10.
12、结果分析
分析各个控制的优缺点：
比例环节能降低余差并提高系统速度，且为有差调节。
Kp 越大，系统的稳态误差越小，调节时间越小，提高了响应的速度，但超调量也越大，振荡加剧，系统稳定性降低。
微分环节能加快系统的响应速度，降低超调量，并能抑制振荡，改善了系统的动态性能。
但微分对静态偏差毫无控制能力，微分环节与比例环节均不能使系统的稳态误差为零。
积分环节能使系统的稳态误差为零，消除余差，但降低系统的响应速度，降低其稳定性。
比例积分控制( PI )既能控制及时，又能消除余差。
比例微分控制(PD)在引入适当的微分动作后，可以减小残差，而且减小了短期最大偏差和提高了振荡频率，但 PD 调节器的抗干扰能力很差，因此引入微分动作要适度。
PID 控制中，比例作用是基础控制；微分作用是用于加快系统控制速度；积分作用是用于消除静差。