自动控制理论实验三pid调节器及参数整定
pid参数的整定过程
pid参数的整定过程
PID（比例-积分-微分）控制器是一种常用的反馈控制器，用于调节和稳定系统。
PID控制器的参数整定过程通常包括以下几个步骤：
1.初始参数设定：根据系统的性质和需求，设置PID控制器的初
始参数。
通常情况下，可以将三个参数（比例增益Kp、积分时
间Ti、微分时间Td）都设为一个较小的初始值。
2.比例增益调整：从零开始逐步增加比例增益Kp的数值，观察
系统响应的变化。
如果Kp过小，系统响应可能过慢；如果Kp
过大，系统可能会出现超调或不稳定的情况。
通过不断调整Kp
的数值，直到找到一个合适的值，使得系统响应快速且稳定。
3.积分时间调整：在找到合适的Kp之后，开始调整积分时间Ti
的数值。
增大Ti会增加积分作用的影响，降低控制器对于持续
偏差的敏感度。
然而，过大的Ti可能导致系统响应的延迟和振
荡。
通过逐步调整Ti的数值，找到一个使系统响应稳定且快速
的值。
4.微分时间调整：在完成比例增益和积分时间的调整后，可以开
始调整微分时间Td的数值。
微分作用可以抑制系统响应中的
过冲和振荡，并提高系统的稳定性。
然而，过大的Td可能会引
入噪声的放大。
通过逐步调整Td的数值，找到一个能够平衡系
统响应速度和稳定性的值。
5.反复迭代：整定PID参数是一个迭代的过程。
一旦完成了上述
步骤，需要对整个系统进行测试和观察，以确定参数的最佳组合。
如果发现系统仍然存在问题，可以根据实际情况再次进行参数调整，直到达到满意的控制效果。
PID的调节原理及参数整定
积分时间常数Td一般不用设定，为0即可。若要设定，与确定 P和Ti的方法相同，取不振荡时的30%。
4）系统空载、带载联调，再对PID参数进行微调，直至满足要求。
3. PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中PID参数经验数据
以下可参照：
PID控制器的参数整定
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
1. 比例（P）控制
比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。
2. 积分（I）控制
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
PID控制原理及参数设定
PID控制原理及参数设定PID控制是一种常用的自动控制算法，它通过反馈控制的方式，根据控制对象的输出与期望目标的差异来调整输入信号，实现对控制对象的稳定控制。
PID控制由比例（P）、积分（I）和微分（D）三部分组成，分别对应了不同的控制机制。
P（比例）控制是指控制信号与误差的线性比例关系，P控制主要用于快速响应系统，能够快速减小误差，但不能完全消除误差。
P控制的公式为：u(t)=Kp*e(t)，其中u(t)表示控制信号，Kp为比例增益，e(t)为误差。
通过调节比例增益Kp的大小，可以控制系统的响应速度。
I（积分）控制是指控制信号与误差的累积关系，I控制主要用于消除系统的稳态误差。
I控制的公式为：u(t) = Ki * ∫e(t)dt，其中Ki为积分增益。
通过调节积分增益Ki的大小，可以控制系统的稳态误差。
D（微分）控制是指控制信号与误差的变化率关系，D控制主要用于抑制系统的超调和震荡。
D控制的公式为：u(t) = Kd * de(t)/dt，其中Kd为微分增益，de(t)/dt为误差的变化率。
通过调节微分增益Kd的大小，可以控制系统的稳定性和响应速度。
根据PID控制的原理，控制信号可以表示为：u(t) = Kp * e(t) +Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt。
其中，e(t)为误差，t为时间。
在实际应用中，PID控制器还需要设置参数，包括比例增益Kp、积分增益Ki和微分增益Kd。
如何设置这些参数是设计一个有效的PID控制器的关键。
参数设定方法有很多种，常用的方法包括经验法、试验法和自整定法等。
经验法是一种基于经验规则的参数设定方法，它根据控制对象的特性和应用经验来选取参数。
经验法比较简单易用，但通常需要根据实际情况进行适当的调整。
试验法是通过试验分析控制对象的动态响应来选取参数，常用的试验方法有阶跃响应法、脉冲响应法和频率响应法等。
试验法的参数设定相对准确，但需要进行一定的试验工作，并且需要对试验数据进行分析。
PID控制器的作用分析及参数整定
PID控制器的作用分析及参数整定PID控制器是一种常用的自动控制器，可以根据系统的反馈信号和设定值进行调整，从而实现控制系统的稳定和精确控制。
PID控制器通过调整输出信号，使得被控对象的输出值尽可能地接近设定值，通过不断地迭代修正，实现对系统的自动调节和控制。
1.实现系统的稳定控制：PID控制器通过不断地调整输出信号，使得被控对象的输出值尽可能地接近设定值，从而实现系统的稳定控制。
PID 控制器的输出信号与系统的误差、误差变化率以及误差积分值有关，通过调整这些参数的权重，可以实现对系统的稳定控制。
2.快速响应和抗干扰能力：PID控制器能够根据系统的反馈信号和设定值的变化情况，快速地调整输出信号，使得系统能够快速响应，并具有一定的抗干扰能力。
通过合理地设置PID控制器的参数，可以提高系统的响应速度和抗干扰能力，实现更加准确的控制。
3.自动调节和优化：PID控制器可以根据系统的反馈信号和设定值自动调节输出信号，实现对系统的自动调节和优化。
通过不断地迭代修正，PID控制器可以根据系统的实际状况和要求，自动调整参数，使得系统的控制效果达到最佳状态。
参数整定是PID控制器应用的关键环节，合理的参数设置可以有效地提高PID控制器的性能。
常见的PID控制器参数包括比例增益（Kp）、积分时间（Ti）和微分时间（Td）。
1.比例增益（Kp）：控制器输出与误差的线性关系，越大控制器对误差的修正约大。
Kp的选择会影响系统的响应速度和稳定性，过大会导致震荡或不稳定，过小则响应较慢或无法消除稳态误差。
2.积分时间（Ti）：控制器对误差累积值的补偿作用，用于消除稳态误差。
Ti的选择对系统的响应速度和稳态误差的消除有影响，过大会导致响应变慢，过小则可能导致震荡。
3.微分时间（Td）：控制器对误差变化率的补偿作用，用于消除超调和减小误差上升的速率。
Td的选择可以改善系统的动态响应速度和稳定性，但过大或过小可能引起震荡。
参数整定的方法较为复杂，常用的方法包括经验调整法、试探法、理论分析法和优化算法等。
PID参数调节原理和整定方法(1)
PID参数调节原理和整定方法
CS3000系统PID参数整定方法
增大比例系数P一般将加快系统的响应，在有静 差的情况下有利于减小静差，但是过大的比例系 数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳 定性变坏。
增大积分时间I有利于减小超调，减小振荡，使 系统的稳定性增加，但是系统静差消除时间变长。
因此希望优秀的工艺人员与用心的仪表人 员共同努力，共同提高我们国际化的大石 化自控率，同时也为减轻大家的劳动强度。
PID参数调节原理和整定方法
CS3000 仪表面板
位号
位号注释
功能块模式 测量值
位号标志 报警状态
设定值
输出值
输出指针 测量值棒状图
工程单位
测量值上限 报警设置 设定值指针
测量值下限
PID参数调节原理和整定方法
CS3000 仪表面板
输出值指针 设定值指针 功能块模式 报警状态 位号 位号注释 位号标志 测量值棒状图 测量值上下限 工程单位
P比例调节
P：比例调节
在P调节中，调节器的输出信号u与偏差信号e成比例， 即 u = Kc e （kc称为比例增益）
但在实际控制中习惯用增益的倒数表示 δ =1 / kc (δ称为比例带)
不同的DCS使用不同的参数作为P的调节参数，以CS3000 为例，选用δ 比例带为调节参数，单位％。可以理解为：
P：比例带；值越大，作用越弱。单 位：%
I：积分时间；值越大，作用越弱， 单位：分钟（m）
D：微分时间；值越大，作用越强， 单位：分钟（m）
PID参数含义均与CS3000一致，但要 注意积分和微分时间，为分钟。
手动/自动 切换
pid控制器参数整定方法及应用
pid控制器参数整定方法及应用PID控制器是工业自动化中常用的一种控制器，其参数整定方法及应用对于控制系统的稳定性和性能有着至关重要的作用。
本文将详细介绍PID控制器参数整定方法及应用。
一、PID控制器概述PID控制器是由比例控制器、积分控制器和微分控制器三部分组成的，利用反馈信号进行控制。
其中比例控制器通过测量误差的大小，对被控制对象进行控制，积分控制器通过测量误差的积分，对被控制对象进行控制，微分控制器通过测量误差的微分，对被控制对象进行控制。
PID控制器通过组合三个控制方式，可以对被控制对象进行更加精确的控制。
二、PID控制器参数整定方法1. 经验法PID控制器参数整定的第一步是通过经验法确定参数初值。
经验法是根据实际经验和实验数据得出的整定参数，是参数初值的基础。
经验法的参数初值如下：比例系数Kp取值为被控对象动态响应曲线的最大斜率处的斜率倒数；积分时间Ti取值为被控对象动态响应曲线从起点到终点的时间长度；微分时间Td取值为被控对象动态响应曲线的最大曲率处的时间。
2. Ziegler-Nichols法Ziegler-Nichols法是广泛应用的PID控制器参数整定方法之一，其步骤如下：a.将比例系数Kp调至临界增益Kcr处，此时系统开始振荡；b.测量振荡周期Tu；c.根据系统类型选择合适的参数整定公式，计算出参数初值：系统类型 Kp Ti TdP型系统 0.5Kcr ——PI型系统 0.45Kcr Tu/1.2 —PD型系统 0.8Kcr — Tu/8PID型系统 0.6Kcr 0.5Tu Tu/83. Chien-Hrones-Reswick法Chien-Hrones-Reswick法是另一种常用的PID控制器参数整定方法，其步骤如下：a.测量被控对象的动态响应曲线，并计算出其惯性时间常数L、时延时间T和时间常数K；b.根据系统类型选择合适的参数整定公式，计算出参数初值：系统类型 Kp Ti TdP型系统 0.5K ——PI型系统 0.45K L —PD型系统 0.8K — TPID型系统 0.6K 0.5L 0.125T三、PID控制器应用PID控制器广泛应用于工业自动化中，例如温度控制、压力控制、流量控制等。
PID控制器的参数整定(经验总结)
PID控制器的参数整定(1)PID是比例,积分,微分的缩写.比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。
积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。
因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。
积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。
反之Ti大,则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。
积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。
微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。
因此,可以改善系统的动态性能。
在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。
微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。
此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。
微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。
(2) PID具体调节方法①方法一确定控制器参数数字PID控制器控制参数的选择，可按连续-时间PID参数整定方法进行。
在选择数字PID参数之前，首先应该确定控制器结构。
对允许有静差（或稳态误差）的系统，可以适当选择P或PD控制器，使稳态误差在允许的范围内。
对必须消除稳态误差的系统，应选择包含积分控制的PI或PID控制器。
一般来说，PI、PID和P控制器应用较多。
对于有滞后的对象,往往都加入微分控制。
选择参数控制器结构确定后，即可开始选择参数。
参数的选择，要根据受控对象的具体特性和对控制系统的性能要求进行。
工程上，一般要求整个闭环系统是稳定的，对给定量的变化能迅速响应并平滑跟踪，超调量小；在不同干扰作用下，能保证被控量在给定值；当环境参数发生变化时，整个系统能保持稳定，等等。
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。
数字pid控制实验报告doc
数字pid控制实验报告doc数字pid控制实验报告篇一：实验三数字PID控制实验三数字PID控制一、实验目的1．研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。
2．研究采样周期T对系统特性的影响。
3．研究I型系统及系统的稳定误差。
二、实验仪器1．EL-AT-III型计算机控制系统实验箱一台2．PC计算机一台三、实验内容1．系统结构图如3-1图。
图3-1 系统结构图图中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds）Gh（s）=（1－e-TS）/sGp1（s）=5/（（0.5s+1）（0.1s+1））Gp2（s）=1/（s（0.1s+1））2．开环系统（被控制对象）的模拟电路图如图3-2和图3-3，其中图3-2对应GP1（s）,图3-3对应Gp2（s）。
图3-2 开环系统结构图1 图3-3开环系统结构图23．被控对象GP1（s）为“0型”系统，采用PI控制或PID控制，可系统变为“I型”系统，被控对象Gp2（s）为“I型”系统，采用PI控制或PID控制可使系统变成“II 型”系统。
4．当r（t）=1（t）时（实际是方波），研究其过渡过程。
5．PI调节器及PID调节器的增益Gc（s）=Kp（1+K1/s）=KpK1(（1/k1）s+1) /s=K(Tis+1)/s式中 K=KpKi ,Ti=（1/K1）不难看出PI调节器的增益K=KpKi，因此在改变Ki时，同时改变了闭环增益K，如果不想改变K,则应相应改变Kp。
采用PID调节器相同。
6．“II型”系统要注意稳定性。
对于Gp2（s）,若采用PI调节器控制，其开环传递函数为G（s）=Gc（s）·Gp2（s）=K（Tis+1）/s·(本文来自：/doc/a1e402b1c081e53a580216fc700abb 68a882ad33.html 小草范文网:数字pid控制实验报告)1/s（0.1s+1）为使用环系统稳定，应满足Ti>0.1，即K1 7．PID 递推算法如果PID 调节器输入信号为e（t），其输送信号为u（t）,则离散的递推算法如下：u（k）=u（k-1）+q0e（k）+q1e（k-1）+q2e（k-2）其中 q0=Kp（1+KiT+（Kd/T））q1=－Kp（1+（2Kd/T））q2=Kp（Kd/T）T--采样周期四、实验步骤1.连接被测量典型环节的模拟电路(图3-2)。
自动控制理论实验三pid调节器及参数整定
实验三PID调节器及参数整定一.实验目的：通过Simulink仿真，使学生了解FID控制器的参数(P. I> D)对系统性能(动态性能和稳态性能)的影响。
二、实验设备PC机及MATLAB平台三、实验原理及方法1、模型文件的建立在命令窗口(matlab conmand window)键入simulink (或在MATLAB窗口中单击按纽岭)，就出现一个称为Simulink Library Browser的窗口。
在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称。
以往十分困难的系统仿真问题，用SIMULINK只需拖动鼠标即可轻而易举地解决问题。
若想建立一个模型文件(.mdl),则选取文件/New/Model菜单项，Simulink 就会打开一个名为Untiled的模型窗口。
2、S IMULINK环境介绍双击simulink库中模块simulink前面的"+"就出现如图所示的窗口。
此即是SIMULINK环境。
一般而言，simulink提供以下8类模块。
(1)Continuous:连续模块(2)Discrete：离散模块(3)Functions & Table:函数和表格模块(4)Math：数学模块(5)Nonlinear：线性模块(6)Signals & Systems：信号和系统模块(7)Sinks：输出设备模块(8)Sources：输入源模块3、S IMULINK仿真的运行前面我们介绍了如何创建一个Simulink模型，构建好一个系统的模型之后,接下来的事情就是运行模型，得出仿真结果。
运行一个仿真的完整过程分成三个步骤：设置仿真参数，启动仿真和仿真结果分析。
四、实验内容：1、被控制对象传递函数为G⑸一仝)°试设计PID调节器,s(s" + 30s + 200)研究比例调节器(P)、比例积分调节器(PI)、比例微分积分调节器(PID) 对系统性能的影响；原仿真系统仿真框图：原系统输出:加入PID后的仿真系统框图:加入比例调节器(P)后系统的输出:1.8 o.a 1 --------- 11 -------- 1 -------- 1 --------- 1 | -------- 1 --------- 1(---------- 1A 1 /l1i 1 1 tLi... I J 1 1r■L I .......1 J __________ !1 I i i I1!i i i1 I0.2 1235791.6 1.41.21O.G 04 加入比例积分调节器(PI)后系统的输出: 加入比例微分积分调节器(PID)后系统的输出:1.8结论：由图可知，控制器的比例增益能及时.快速地对系统进行调节，但是会降低系统稳定性降低；FI调节器提高系统稳态精度，PID调节器既提高系统稳态精度又改善系统动态性能。
PID的参数整定及参数变化对系统的影响综合实验
实验三PID的参数整定及参数变化对系统的影响综合实验一、实验目的：1、掌握PID各校正环节的作用2、确定给定的系统PID的初始参数3、通过实验了解PID参数的变化对系统的影响二、实验原理（一）PID调节器的输入输出关系：⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⎰dt deTdtt eTt eKtMdtiC0)(1)()(式中：)(tM为调节器的输出；)(t e为误差输入；CK为比例增益；iT为积分时间；dT为微分时间（二）PID各校正环节的作用在模拟系统中，调节器最常用的调节规律是PID调节。
常规PID调节系统一般由PID调节器和被控对象组成，其原理图如下：PID调节是线性控制，将偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）通过线性组合构成调节量，对被控对象进行控制。
PID调节器各校正环节的作用如下：1、比例环节：及时成比例地反映调节系统的偏差信号，偏差一产生，调节器立即产生调节作用，以减少偏差。
2、积分环节：主要是为了消除系统的余差，提高系统的无差度。
积分作用的强弱取决于积分时间常数，越大，积分作用越弱，反之则越强。
3、微分环节：能反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得太大之前，引入一个有图1 常规PID调节系统原理效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。
（三）PID参数的变化对系统的影响一般情况下，PID调节器本着稳、准、快的控制原则须对三个参数进行初始设定，同时考虑对象特性的多样性，控制指标的不同进行整定、优化才能取得满意效果。
在PID调节参数中，比例系数KP增大，会使调节阀的动作灵敏，运行速度加快。
缺点是存在静差。
在系统稳定的情况下，增大KP值，有利于减小稳态误差，提高控制精度。
但随着KP 增大，系统响应过程中的振荡次数会增多，调节时间加长。
当KP值太大时，系统将趋于不稳定；若太小，会减低系统的响应速度。
引入积分的目的是为了消除静差，提高精度。
但积分时间TI太小，在过程的启动、结束或大幅度增减设定值时，短时间内系统输出有很大的偏差，会造成PID运算的积分积累，致使控制量超出极限控制量，最终引起系统较大的超调，甚至造成系统振荡。
PID控制器的参数整定(经验总结)
PID控制器的参数整定(1)PID是比例,积分,微分的缩写.比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。
积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。
因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。
积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。
反之Ti大,则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。
积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。
微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。
因此,可以改善系统的动态性能。
在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。
微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。
此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。
微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。
(2) PID具体调节方法①方法一确定控制器参数数字PID控制器控制参数的选择，可按连续-时间PID参数整定方法进行。
在选择数字PID参数之前，首先应该确定控制器结构。
对允许有静差（或稳态误差）的系统，可以适当选择P或PD控制器，使稳态误差在允许的范围内。
对必须消除稳态误差的系统，应选择包含积分控制的PI或PID控制器。
一般来说，PI、PID和P控制器应用较多。
对于有滞后的对象,往往都加入微分控制。
选择参数控制器结构确定后，即可开始选择参数。
参数的选择，要根据受控对象的具体特性和对控制系统的性能要求进行。
工程上，一般要求整个闭环系统是稳定的，对给定量的变化能迅速响应并平滑跟踪，超调量小；在不同干扰作用下，能保证被控量在给定值；当环境参数发生变化时，整个系统能保持稳定，等等。
实验三 PID控制器设计及其参数整定---已完成
实验三 PID 控制器设计及其参数整定一、实验目的1) 通过本实验，掌握使用Simulink 仿真设计连续和离散PID 控制器的方法。
2) 掌握对给定控制系统进行PID 控制器参数在线实验工程整定的方法。
二、实验原理PID 控制是最经典、应用最广泛的控制方法，是单回路控制系统主要的控制方法，是其他控制思想的基础。
本实验针对被控对象，选定控制器的调节规律，在控制器的调节规律已经确定的情况下，控制系统的品质主要决定于控制器参数的整定。
1. 连续PID 控制器本实验采用的PID 控制器传递函数为：111()(1)(1)C p d d i i G s K T S T S T S T Sδ=++=++ 或写成：()iC p d K G s K K S S=++ 有,p i d p d iK K K K T T ==其中K p 、K i 、K d 分别为比例系数、积分系数和微分系数；T i 、T d 分别为积分时间常数和微分时间常数；δ为比例度。
控制系统的Simulink 仿真图如图1所示。
连续PID 控制器如图2所示。
根据不同的参数设置，可以得到单纯的比例控制、比例积分控制、比例微分控制以及比例积分微分控制等不同的控制系统。
控制器参数的工程整定实验法，是通过对典型输入响应曲线所得到的特征量，按照动态特性参数法、衰减曲线法、临界比例度法、或经验法中的某一种方法，求得控制器的各个参数，进行工程整定，使系统的性能达到最佳。
图1 控制系统Simulink 仿真图图2 连续PID 控制器Simulink 仿真图2. 离散PID 控制器将描述模拟PID 控制器的微分方程式化为差分方程，即为数字PID 控制算法。
1()(1)()()()kp i di e k e k u k K e k K T e i K T=--=++∑因为上式包含的数字积分项，需要存储过去全部偏差量，而且累加运算编程不太方便，计算量也较大，所以在应用中，通常都是将上式改为增量算法。
PID调节器的调节过程及其参数的整定方法
摘要锅炉汽包水位是锅炉运行中的一个重要的监控参数，它间接反映了锅炉蒸汽负荷与给水流量之间的平衡关系。
汽包锅炉给水自动控制的任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在规定的范围内。
由于给水系统的复杂性，现有的火电厂全程给水控制采用传统的PID控制，其精确数学模型难以建立，并且系统具有大滞后、时变性等一系列特点，往往难以满足火电机组复杂工况要求，所以许多大型火电厂对现有的全程给水控制提出了优化方案。
本文首先对控制系统进行时域分析，然后介绍PID调节器的调节过程及其参数的整定方法。
重点分析了锅炉的给水控制系统，针对汽包水位控制对象的动态特性表现为有惯性、无自平衡能力的特点，采用先进的智能控制算法之一的模糊控制对其进行控制，并利用MATLAB分别对常规PID控制和模糊PID 串级控制进行仿真，结果表明采用模糊PID串级控制方法比常规PID控制方法迟延小、超调量小，使得汽包的动态特性得到优化。
关键词：模糊控制；给水控制；PID控制AbstractThe steam drum water level of boil is important monitoring parameter in a boiler movement, it had reflected indirectly the balance relations between the boiler steam load and the discharge of water. In the steam drum boiler for the water automatic control duty to adapt the boiler transpiration rate for the water volume, maintains the steam drum water level in the stipulation scope. As a result of for the water system complexity, the existing thermoelectric power station entire journey for the water control adopt the traditional PID control, its precise mathematical model establishes with difficulty, when the system has the big lag, denatured and so on a series of characteristics, often with difficulty satisfies the thermal power unit complex operating mode request, therefore many large-scale thermoelectric power stations proposed the optimization plan to the existing entire journey for the water control.First this article has analyzed the time domain of control system, then introduces the PID regulator’s adjustment process and the parameter installation method. And has analyzed great emphasis on the boil for the water control system, the steam drum water control object show the inertia, the non-self regulation ability, uses of a fuzzy control to control it, and separately carries on the simulation using MATLAB to the tradition PID control and the fuzzy PID cascade control, With comparing using the fuzzy PID cascade control method obtain result that is delay slightly, over small, enables the steam drum the dynamic characteristic to obtain the optimization.Keywords: Fuzzy control; For the water control; PID control目录引言 (1)第一章控制系统的时域性能分析 (2)1.1 一阶系统的时域响应分析 (2)1.2 二阶系统的时域响应分析 (3)1.3 高阶系统的时域响应分析 (6)第二章PID控制及其调节过程 (9)2.1 比例调节（P调节） (9)2.2 积分调节（I调节） (10)2.3 比例积分调节（PI调节） (11)2.4 比例积分微分调节（PID调节） (13)第三章PID的整定方法 (18)3.1 齐格勒-尼柯尔斯法则 (18)3.2 广义频率法 (20)3.3 工程整定法 (26)第四章锅炉给水控制系统分析 (33)4.1 给水控制的任务 (33)4.2 给水控制对象的动态特性 (33)4.2.1 给水流量扰动下水位的动态特性 (34)4.2.2 蒸汽流量扰动下的水位的动态特性 (35)4.2.3 炉膛热负荷扰动下水位控制对象的动态特性 (36)4.3 给水自动控制系统 (36)4.3.1 单级三冲量给水控制系统 (37)4.3.2 串级三冲量给水控制系统 (41)4.4 给水全程控制系统 (45)4.4.1 全程控制的概念 (45)4.4.2 对给水全程控制系统的要求 (45)4.4.3 单元制锅炉给水全程控制方案 (46)4.5 300MW单元机组给水全程控制系统实例 (48)4.5.1 给水热力系统简介 (48)4.5.2 给水全程控制系统原理 (48)第五章模糊控制理论及系统 (53)5.1 模糊控制理论的发展 (53)5.2 模糊控制系统的原理 (53)5.3 模糊控制器的分类 (55)5.4 模糊控制器的设计 (56)5.4.1 模糊控制器的输入输出变量 (57)5.4.2 模糊控制规则的设计 (57)5.4.3 确立模糊化和非模糊化方法 (58)5.4.4 采样时间的选择 (59)第六章系统仿真 (60)6.1 PID系统仿真 (60)6.2 模糊自适应PID控制系统仿真 (61)6.3 两种控制方法的比较 (64)结论 (65)参考文献 (66)附录 (67)谢辞 (74)引言火电站的热工控制技术水平随着火电机组单机容量的增加和控制仪表的进步而达到崭新的水平。
自动调节系统解析与PID整定
PID调节器是一种线性调节器，它将给定值与实际输 出值的偏向的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构 成控制量，对控制对象进展控制。
PID定义、控制原理
二、控制原理 比例环节
自动调节系统解析与PID整定
目录
1 自动控制系统介绍 2 PID定义、控制原理 3 PID参数现场整定
01 自动控制系统介绍 Introduction of automatic control system
自动控制系统介绍
一、定义
自动控制系统是指用一些自动控制装置,对消费中某些 关键性参数进展自动控制，使它们在受到外界干扰(扰动) 的影响而偏离正常状态时,可以被自动地调节而回到工艺 所要求的数值范围内。消费过程中各种工艺条件不可能是 一成不变的。特别是化工消费，大多数是连续性消费，各 设备互相关联，当其中某一设备的工艺条件发生变化时, 都可能引起其他设备中某些参数或多或少地波动,偏离了 正常的工艺条件。当然自动调节是指不需要人的直接参与。
给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的 变化。如跟随卫星的雷达天线系统。
自动控制系统介绍
程序控制系统 给定值按一定时间函数变化。如程控机床。
四、常用术语介绍 被调量
表征消费过程是否正常运行并需要加以调节的物理量。 给定值
按消费要求被调量必须维持的希望值，简称给定值。 在许多情况下给定值是不变化的〔如正常时的汽包液位、
03 PID参数现场整定 PID parameters on-site tuning
PID参数现场整定
一、控制模型 人以PID控制的方式用水壶往水杯里倒半杯〔印有刻
PID控制原理及参数整定方法
PID控制原理及参数整定方法PID控制是一种经典的控制策略，广泛应用于各种工业自动化系统。
其通过比较设定值与实际输出值，根据误差及其变化趋势，实时调整控制器的参数，以达到期望的控制效果。
本文将详细介绍PID控制原理及参数整定方法，旨在帮助读者更好地理解和应用PID控制。
PID控制模型是由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个环节组成的。
在工业自动化中，PID控制器作为一种核心组件，用于维持系统输出值与设定值之间的误差为最小。
PID控制器具有结构简单、稳定性好、易于实现等优点，因此被广泛应用于各种工业控制系统中。
PID控制原理基于控制系统的稳态误差，通过比例、积分和微分三个环节的作用，达到减小误差的目的。
比例环节根据误差信号的大小，产生相应的控制输出；积分环节根据误差信号的变化率，进一步调整控制输出；微分环节则根据误差信号的变化趋势，提前进行控制调整，以迅速消除误差。
PID参数整定的目的是选择合适的控制器参数，以满足系统的动态性能和稳态性能要求。
整定过程中，需要合理调整比例系数、积分时间和微分增益等参数。
其中，比例系数主要影响系统的稳态误差；积分时间用于控制积分环节的灵敏度；微分增益则决定了微分环节的作用强度。
针对不同的控制对象和系统要求，需要灵活调整这些参数，以获得最佳的控制效果。
以某化工生产线的液位控制为例，说明PID控制原理及参数整定的应用。
在此案例中，液位控制器通过比较设定值与实际液位值的误差，实时调整进料泵的转速，以维持液位稳定。
选择一个合适的比例系数Kp，使得系统具有较快的响应速度；调整积分时间Ti，以避免系统出现稳态误差；适当微分增益Kd的设定，可以改善系统的动态性能。
通过合理的参数整定，液位控制系统可以取得良好的控制效果。
然而，若比例系数过大，系统可能会出现振荡现象；若积分时间过长，系统可能无法达到预期的稳态性能；若微分增益过强，系统可能会对噪声产生过度反应。
因此，在参数整定过程中，需要根据实际情况进行反复调整，以达到最佳的控制效果。
PID调节原理与PID参数整定方法
PID调节原理与PID参数整定方法PID调节原理与参数整定方法是自动控制系统中常用的调节算法和方法之一、PID调节器是一种反馈调节控制器，利用当前的偏差值、偏差累积值和偏差变化率来产生控制输出，进而改变被控对象的状态，使其尽可能地满足设定值。
PID调节器由三个部分组成：比例（P）调节器、积分（I）调节器和微分（D）调节器。
P调节器根据偏差值来产生控制信号；I调节器根据偏差累积值来产生控制信号；D调节器根据偏差变化率来产生控制信号。
这三个调节器的输出都与偏差成比例，然后将它们相加得到最终的控制输出。
PID控制器的数学表达式为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t)是控制输出,Kp、Ki和Kd是调节器的增益参数，e(t)是偏差，t是时间。
参数整定是指选择合适的PID控制参数以实现系统良好性能。
对于PID参数整定，常用的方法有以下几种：1.经验法：根据经验和实际应用中相似系统的参数进行估计和调整。
这种方法简单易行，但对于不同系统的参数整定效果不一致。
2. Ziegler-Nichols方法：此方法通过实验获取系统的临界增益（Kcr）和临界周期（Pcr），然后根据不同的整定规则选择PID参数。
常用的整定规则有：P控制器（Kp = 0.5 * Kcr）、PI控制器（Kp = 0.45* Kcr，Ki = 1.2 / Pcr）和PID控制器（Kp = 0.6 * Kcr，Ki = 2 / Pcr，Kd = 8 / Pcr）。
3.最小二乘法：通过最小化系统的输出与设定值之间的误差，来确定合适的PID参数。
这种方法需要进行大量的计算，适用于精确调节和要求高性能的系统。
4.频响法：通过系统的频率响应曲线来进行参数整定。
此方法需要对系统进行频率扫描，可以获得系统的幅频特性和相频特性，然后根据相应的调节规则选择PID参数。
总结来说，PID调节原理是利用当前的偏差值、偏差累积值和偏差变化率来产生控制输出；而PID参数整定方法可以通过经验法、Ziegler-Nichols方法、最小二乘法和频响法等多种方法来选择合适的参数，以实现系统的稳定性和性能要求。
连续系统PID控制器设计及其参数整定
实验报告册课程名称：自动控制原理实验名称：连续系统PID控制器设计及其参数整定专业：姓名：学号：日期：实验七连续系统PID控制器设计及其参数整定一、实验目的:1. 掌握PID 控制规律及控制器实现；2. 对给定系统合理地设计PID 控制器；3. 掌握对给定控制系统进行PID 控制器参数在线实验工程整定的方法。
二、实验仪器：1. EL-AT-III 型自动控制系统实验箱一台2. 计算机一台 三、实验原理：1．Ziegler-Nichols 整定——反应曲线法反应曲线法使用于对象传递函数可近似为Lse Ts K -+1的场合。
先测出系统处于开环状态下的对象动态特性（即先输入阶越信号，测得控制对象输出的阶越响应曲线），然后根据动态特性估算出对象特性参数：控制对象的增益K 、等效滞后时间L 和等效时间常数T ，然后根据表7-1的经验值选取控制器参数。
表7-1 反应曲线法PID 控制参数整定法2. Ziegler-Nichols 整定——临界比例度法临界比例度法适用于已知对象传递函数的场合，用系统的等幅振荡曲线来整定控制器的参数。
先使系统（闭环）只受纯比例作用，将积分时间调到最大（Ti=∞），微分时间调到最小（Td=0），而将比例增益K 的值调到较小值，然后逐渐增大K 值，直到系统出现等幅振荡的临界稳定状态，此时比例增益的K 作为临界比例Km ，等幅振荡周期为临界周期Tm ，临界比例度为%1001⨯=mk K δ,根据表7-2中的经验值可整定PID 控制器的参数。
表7-2 临界比例度法PID 控制器参数整定法四、实验内容与步骤：1. Ziegler-Nichols 整定——反应曲线法 已知控制对象的传递函数模型为)5)(3)(1(10)(+++=s s s s G ，试设计PID 控制器校正，并用反应曲线法整定PID 控制器的K p 、T i 、T d ，绘制系统校正后的单位阶越响应曲线，记录动态性能指标。
PID控制器的控制规律及参数整定
PID控制器的控制规律及参数整定作者：李津来源：《科技资讯》 2012年第22期李津(河南工程学院数理科学系河南郑州 450000)摘要:温度控制在工农业生产中占据着及其重要的位置,PID控制器一起结构简单、性能成熟、智能调控等在温控领域得到广泛的应用。
本文对PID控制器的工作原理以及调控方法进行了介绍。
关键词:PID控制器控制规律参数整定中图分类号:TM57 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)08(a)-0088-01长期以来,国内外对温度控制进行了广泛而深入的研究,产生了各种温度控制器,其中PID控制器以其结构简单、性能成熟、智能调控及自适应控制等得到了广泛的应用。
本文对PID控制器的工作原理以及调控方法进行了介绍。
1 控制原理在当前的温度控制领域,PID的应用占了80%以上的比例,根据其控制输出量的特性可将其分为模拟PID控制和数字PID控制。
1.1 模拟PID控制PID调节器也被称为比例积分调节器,同时具有比例、积分、微分三种调节的作用,其表达为:温度PID调节器有比例放大系数Kp、积分时间常数Ti、微分时间常数Td三可以设定的参数,对于闭环控制系统来说,合理设置即可取得较好的控制效果。
对于比例放大系数来说:比例放大系数的改变会改变系统的响应速度:比例系数的增大可减少系统的稳态误差和动态偏差,但调解过程会出现振荡;比例系数的减小可以较少过程的振荡,当又回增加稳态误差。
对于积分时间常数来说,增大积分速度,可以减小动态偏差,却增大振荡;减小积分速度,虽然减少了振荡,但却会增大系统的动态误差。
微分调节器的输出和偏差变化的速度成正比关系。
1.2 数字PID控制计算机的控制采取的是一种采样控制,在处理时只能根据采样得到的数据进行逼近,因此对数字PID的算法进行了大量的研究。
(1)不完全微分PID算法。
虽然微分作用可以减小系统的超调和缩短调节的时间,提高系统的稳定性能,但面对高频的扰动容易引起控制过程的振荡。
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实验三 PID 调节器及参数整定
一、实验目的：
通过Simulink 仿真，使学生了解PID 控制器的参数（P 、I 、D ）对系统性能（动态性能和稳态性能）的影响。
二、 实验设备
PC 机及MATLAB 平台 三、实验原理及方法 1、模型文件的建立
在命令窗口（matlab command window ）键入simulink （或在MATLAB 窗口中单击按纽），就出现一个称为Simulink Library Browser 的窗口。
在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称。
以往十分困难的系统仿真问题，用SIMULINK 只需拖动鼠标即可轻而易举地解决问题。
若想建立一个模型文件（.mdl ），则选取文件/New/Model 菜单项，Simulink 就会打开一个名为Untiled 的模型窗口。
2、SIMULINK 环境介绍
双击 simulink 库中模块simulink 前面的“+”就出现如图所示的窗口。
此即是SIMULINK 环境。
一般而言，simulink 提供以下8类模块。
（1）Continuous:连续模块 （2）Discrete ：离散模块
（3）Functions & Table:函数和表格模块 （4）Math ：数学模块 （5）Nonlinear ：线性模块
（6）Signals & Systems ：信号和系统模块 （7）Sinks ： 输出设备模块 （8）Sources ：输入源模块 3、SIMULINK 仿真的运行
前面我们介绍了如何创建一个 Simulink 模型，构建好一个系统的模型之后，接下来的事情就是运行模型，得出仿真结果。
运行一个仿真的完整过程分成三个步骤：设置仿真参数，启动仿真和仿真结果分析。
四、实验内容：
1、 被控制对象传递函数为2
400
G(s)s(s 30s 200)
=
++，试设计PID 调节器，研究比例调节器（P ）、比例积分调节器（PI ）、比例微分积分调节器（PID ）对系统性能的影响；
原仿真系统仿真框图：
原系统输出：
加入PID后的仿真系统框图：
加入比例调节器（P）后系统的输出：
加入比例积分调节器（PI）后系统的输出：
加入比例微分积分调节器（PID）后系统的输出：
结论：由图可知，控制器的比例增益能及时、快速地对系统进行调节，但是会降低系统稳定性降低；PI 调节器提高系统稳态精度，PID 调节器既提高系统稳态精度又改善系统动态性能。
2、已知单位负反馈系统的开环传递函数为1
G(s)s(s 1)(s 20)
=++，PID 调节器传递
函数为p d i
1
G(s)K (1T s)Ts =++； （1）设计PID 调节器，并采用齐格勒-尼克尔斯法则进行参数整定，给出具体的整定步骤方案，确定Kp 、Ti 、Td 的值； （2）求系统的单位阶跃响应；
（3）对参数进行精确调整Kp 、Ti 、Td ，使单位阶跃响应超调量为15%。
1） 解法一：(书上P254页方法)
W^2=20 K=420 Kp=252 Ti= Td=
解法2：用matlab 代码计算，但是
sys=tf(1,[1 21 20 0]);%建立系统的传递函数模型 rlocus(sys) %画出系统根轨迹图
%(多次局部放大，便于下一步点击)
[kc,pole]=rlocfind(sys)
w=imag(pole(2))
%在图上点击根轨迹与虚轴的交点，（尽量准确点击,使极点实部为0）
算得：
kc =
pole =
+
+
-
w =
%确定参数Kp、Ti、Td
kp=*kc
Ti=*2*pi/w
Td=*2*pi/w
得到：
kp =
Ti =
Td =
2)
Integral=Kp/Ti=252/= Derivative=Kp*Td=252*=
（3）不断调节，得Kp=407 Ti= Td=
局部放大：。