控制系统整定
控制系统参数整定
控制系统参数整定控制系统参数整定是指确定系统控制器中所包含的参数的值，以使系统能够稳定地运行并满足设计要求。
合理的参数整定可以有效地提高系统的稳定性、响应速度和控制精度。
本文将介绍控制系统参数整定的基本原理和常用方法。
一、控制系统参数整定的重要性控制系统参数整定对于系统的稳定性和性能具有重要影响。
不正确的参数整定会导致系统运行时出现振荡、超调、稳态误差等问题，甚至导致系统崩溃。
正确地整定系统参数可以提高系统的稳定性、响应速度和控制精度，从而使系统能够更好地满足设计要求。
二、控制系统参数整定的基本原理控制系统参数整定的基本原理是通过调整控制器中的参数，使系统的闭环动态响应满足设计要求。
一般来说，参数整定的目标是使系统的响应速度快、稳定性好、超调小和稳态误差小。
基于这些要求，常用的参数整定方法包括试验法、经验法和优化理论方法。
三、常用的控制系统参数整定方法1. 试验法试验法是一种常用的控制系统参数整定方法，它通过对系统进行实际试验来确定参数值。
试验法通常有步跃响应法、频率响应法和根轨迹法等。
步跃响应法通过施加一个单位阶跃输入来观察系统的响应，根据响应曲线的形状和特征来调整参数值。
频率响应法则通过对系统施加正弦信号来观察频率响应曲线，根据曲线特征来确定参数值。
根轨迹法则通过绘制系统的根轨迹来分析系统的稳定性和响应特性，进而确定参数值。
2. 经验法经验法是基于经验总结的参数整定方法，其优点是操作简单，但适用范围相对有限。
常见的经验法包括Ziegler-Nichols方法、Chien-Hrones-Reswick 方法和Lambda方法等。
这些经验法根据系统的类型和结构给出了一些经验公式和规则来确定参数值。
3. 优化理论方法优化理论方法是一种基于数学优化理论的参数整定方法，通过求解数学优化问题来确定最优的参数值。
常用的优化理论方法包括PID控制器参数整定的线性二次优化和遗传算法等。
优化方法的优点是能够得到更优的参数解，但需要借助计算机来进行求解。
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。
单回路控制系统整定实验报告
单回路控制系统整定实验报告本文是对单回路控制系统整定实验的总结和分析，主要包括实验目的、实验原理、实验过程、实验结果以及实验分析等方面的内容。
一、实验目的本实验的主要目的是掌握单回路控制系统整定方法，了解控制系统的稳态误差和动态响应特性，提高实际应用控制系统的能力。
二、实验原理单回路控制系统是一种基本的控制系统形式，它由被控对象、传感器、执行机构、控制器和控制信号等组成。
例如，温度控制系统、速度控制系统、压力控制系统等都是单回路控制系统的应用。
在通过控制器使被控对象产生控制输出信号的过程中，存在稳态误差和动态响应特性问题，对其进行整定是控制系统设计中重要的环节。
稳态误差是指控制器输出的控制信号与被控对象实际输出之间的误差。
当被控对象达到稳定状态时，控制器输出的控制信号与被控对象实际输出之间的误差称为稳态误差，在实际控制系统设计中，应尽可能使稳态误差达到最小。
动态响应特性是指控制系统对负载扰动、控制信号变化等外部干扰的响应能力。
在实际应用控制系统中，需要考虑控制系统的动态响应特性，以此保证系统稳定性和控制效果。
控制系统的整定就是调整控制器参数，使系统的稳态误差和动态响应特性达到最优状态，从而获得最佳控制效果。
三、实验过程本实验是基于MATLAB/Simulink软件进行的模拟实验。
实验系统模型：本实验模拟一个简单的单回路负反馈控制系统，其模型如图所示。
其中，控制器采用比例积分控制器（PI控制器），其控制方程为：$$u(t) = K_p e(t) + K_i \int_0^t e(τ) \, dτ$$传感器和被控对象之间的关系用传递函数表示为：$$G(s) = \frac{1}{s(1+0.5s)}$$控制器的参数Kp和Ki需进行整定。
实验过程中，先通过手动调节的方式获得基本的参数范围，再通过曲线法和频率法对其进行精细调整。
曲线法：首先设置一个阶跃参考信号，观察系统的单位阶跃响应曲线，根据曲线特征调整控制器参数。
控制系统校正与整定
控制系统校正与整定控制系统校正与整定是指对已建立的控制系统进行参数调整和优化，以实现系统的稳定性、精度和性能要求。
它是控制系统工程中非常重要的一环，对于保证系统的正常运行和性能提升具有决定性的影响。
一、校正和整定的定义在控制系统中，校正和整定是指调整参数以满足设计要求和性能指标的过程。
校正是针对系统的输出信号与期望信号之间的差异进行调整，以减小误差。
整定则是通过调整控制器的参数，使系统的输出与期望信号更加接近。
二、校正与整定的重要性1. 改善系统的稳定性：校正与整定可以消除系统中的各种误差和不稳定因素，提高系统的稳定性和抗干扰能力，确保系统能够按照预期运行。
2. 提高系统的精度：校正与整定可以通过调整系统参数，提高系统响应速度和精度，降低系统的超调和震荡。
3. 优化系统的性能：校正与整定可以针对不同的反馈、前馈和控制结构，实现系统的最佳性能。
通过优化系统参数，可以使系统的性能指标达到最优。
4. 降低维护成本：经过校正和整定的控制系统，稳定性和精度都得到了提高，从而降低了系统故障的概率，减少了维护成本和人工调试的时间。
三、校正与整定方法1. PID校正方法：PID控制器是常用的控制器类型，其参数校正方法主要包括手动整定、经验整定和自整定等。
- 手动整定：根据系统的动态特性和响应曲线，通过试错法调整P、I和D三个参数，使系统的性能达到最佳。
- 经验整定：根据已有的经验规则和公式，根据系统的性能指标选择合适的参数组合，进行校正。
- 自整定：利用自适应控制算法和模型辨识技术，实时依据系统的响应曲线和误差进行参数调整。
2. 频率响应方法：该方法是基于频率特性的校正方法，通过对系统的幅频和相频特性进行分析和评估，进行校正和整定。
- Bode图法：通过绘制系统的振幅-频率和相位-频率曲线来评估系统的性能，并进行校正和优化。
- 极点配置法：通过对系统的闭环极点位置进行分析和设计，调整相应的参数以优化系统性能。
3. 系统辨识方法：该方法通过对系统的输入输出数据进行分析、建模和参数识别，实现对系统的校正和整定。
控制器参数整定的方法
控制器参数整定的方法控制器参数整定是指在控制系统中，通过调整控制器的参数使得系统具备所要求的稳定性、快速性、准确性等特性。
准确地整定控制器参数可以使得控制系统的动态性能最优化，从而提高系统的控制质量和稳定性。
通常来说，控制器参数整定可以从以下几个方面进行考虑：1. 稳定性要求：首先，需要确定系统的稳定性要求，即确定系统的闭环动态特性。
对于稳定性要求较高的系统，应该选择较小的控制器增益和较小的积分时间常数。
而对于容忍一定超调量和调整时间的系统，则可以调整控制器的参数，使得系统的动态特性更快速。
2. 模型准确性：控制器参数整定还要考虑系统的数学模型准确性。
如果系统的数学模型较精确，可以使用基于数学模型的整定方法，例如Ziegler-Nichols方法、极点配置法等。
但是实际系统的数学模型通常是未知的或者存在误差的，因此也可以采用试验法、经验法等基于试验数据的整定方法。
3. 考虑系统的性能指标：根据系统的实际需求，考虑系统的性能指标。
比如对于控制系统来说，通常会考虑超调量、调整时间、稳态误差等指标。
根据不同的性能指标，可以选取不同的参数整定方法。
例如，要求更快速的系统可以增大控制器的增益，降低积分和微分时间常数，来提高系统的响应速度。
4. 频域方法：频域方法是一种通过系统的频率响应来进行参数整定的方法。
这种方法主要基于控制系统的频率特性和频域响应，通过分析系统的相位裕度、增益裕度等性能指标，从而选取合适的控制器参数。
常用的频域方法有根轨迹法、小辛普森法等。
5. 自适应控制：自适应控制是一种能够根据系统实时变化状况调整参数的控制方法。
这种方法能够根据系统的反馈信号和预设目标信号之间的误差来调整控制器的参数，使得系统能够自动适应系统的变化。
自适应控制可以实现参数的在线整定，适用于系统的工作状态发生较大变化的情况。
总结起来，控制器参数整定应综合考虑稳定性要求、模型准确性、系统的性能指标等因素，选择合适的整定方法。
串级控制系统两步整定法
串级控制系统两步整定法一、什么是串级控制系统？串级控制系统是指由两个或多个具有不同动态特性的控制环节组成的控制系统。
其中，前一级控制器的输出作为后一级控制器的输入。
它可以实现对复杂过程的高效精确控制。
二、串级控制系统的优点1. 可以有效地降低过程变量对干扰和负载变化的敏感度。
2. 可以提高整个系统的稳定性和响应速度。
3. 可以提高系统的鲁棒性，使得系统更加稳定可靠。
三、串级控制系统两步整定法1. 第一步：前置环节PID参数整定（1）选择合适的开环传递函数模型，求出其传递函数；（2）根据经验或实验数据选择合适的调节器类型，如比例积分型；（3）根据Ziegler-Nichols方法或其他方法确定比例增益Kp和积分时间Ti；（4）通过仿真或实验验证整定参数是否合理，并进行修正。
2. 第二步：主环节PID参数整定（1）将前置环节固定为已知值，得到主环节开环传递函数；（2）根据经验或实验数据选择合适的调节器类型，如比例积分型；（3）根据Ziegler-Nichols方法或其他方法确定比例增益Kp和积分时间Ti；（4）通过仿真或实验验证整定参数是否合理，并进行修正。
四、串级控制系统两步整定法的应用实例以温度控制系统为例，假设前置环节为加热器，主环节为温度传感器。
1. 第一步：前置环节PID参数整定（1）选择加热器的传递函数模型为：G1(s)=0.5/(s+0.2)；（2）选择比例积分型调节器；（3）根据Ziegler-Nichols方法得到Kp=0.5，Ti=2s；（4）通过仿真验证参数合理性，并进行修正。
2. 第二步：主环节PID参数整定（1）将前置环节固定为已知值，得到温度传感器的开环传递函数：G2(s)=0.1/(s+0.1)；（2）选择比例积分型调节器；（3）根据Ziegler-Nichols方法得到Kp=0.8，Ti=3s；（4）通过仿真验证参数合理性，并进行修正。
五、总结与展望串级控制系统是一种高效精确的控制系统，可以应用于各种复杂过程的控制。
第三章 控制系统的整定
3) 利用δcr和Tcr值, 按稳定边界法参数整定计算公式表，求调节器各
整定参数δ,TI, TD
34
δ对于比例调节过程的影响
35
图
系统的临界振荡
规律 P
参数
δ
TI
TD ψ=75%
2δcr
2.2δcr
0.85Tcr
PI
PID
1.67δcr
0.5Tcr
0.125Tcr
稳定边界法参数整定公式
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注意:
y1
r
y3
ess
超调量: ζ=y1/y∞*100%
调节时间: ts(进入稳态值5%范围内) y∞
t
在单项指标中, 应用最广的是衰减率ψ, 75%的衰减率是对偏 差和调节时间的一个合理的折中. 单一指标概念比较笼统, 难以准确衡量; 一个指标不足以确定 所期望的性能, 多项指标往往难以同时满足. 3
② 误差积分性能指标
Kc 10.9, TI 5.85, TD 0.89
2) 稳定边界法 首先让调节器为比例调节器, 比例带从大到小改变, 直到系统呈现等幅 振荡, 此时的比例带为δcr, 同时由曲线测得临界震荡周期Tcr, 然后按稳 定边界法参数整定计算公式计算调节器的整定参数为：
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P调节器: Kc=6.3 PI调节器: Kc=5.7, TI=12.62 PID调节器: Kc=7.4, TI=7.57, TD=1.89 对于传递函数已知的被控对象, 可以直接计算出δcr和Tcr, 计算方法为: 将s=jω(m=0)代入对象的传递函数中,求出过点(-1, j0)的ω, δ. 则δcr= δ, Tcr=2π/ω 1 G p ( s) , Gc ( s) K c 如本例: (5s 1)(2s 1)(10s 1) 相角条件：
串级控制系统的整定
串级控制系统
串级控制系统的整定
串级控制系统的整定
投运原则:先投副环后投主环;投运过程必须保证无扰动切换 整定原则:尽量加大副调节器的增益，提高副回路的频率，使主、副
回路的频率错开，以减少相互影响.先整副环后整主环.
1.逐步逼近法
1） 主开、副闭环，整定副调的参数；记为[Gc2]1 2) 副回路等效成一个环节，闭合主回路，整定主调节器参数，记为[Gc1]1 3）观察过渡过程曲线，满足要求，所求调节器参数即为[Gc1]1 ,， [Gc2]1
串级控制系统的整定
思路：先根据副过程特性或经验确定副调节器的参数，然后 一步完成主调节器参数的整定。理论依据：主、副调节器的 放大系数在 0 Kc1Kc2 0.5 条件下，主、副过程特性一 定时，K c1K c2 为一常数。 1）根据经验确定副调节器比例度；
2）按单回路系统整定方法直接整定主调节器参数；
2) 副调节器比例度置δ2S ，整定主调参数，求得主回路在4： 1衰减比下的比例度δ1S和振荡周期T1S ；根据两种情况 下的
比例度和振荡周期，按经验公式求出主、副调节器的积 分时间和微分时间，然后再按先副后主、先比例后积分再微
分的次序投入运行，观察曲线，适当调整，满意为止。
串级控制系统
3.一步整定法
否则，再整定副调节器参数，记为[Gc2]2 ……反复进行，满意为止。
该方法适用于主、副过程时常相差不大、主、副回路动态联系密切，需反 复进行，费时较多
串级控制系统
串级控制系统的整定
2.两步整定法 1）主、副闭合，主调为比例,比例度为100%，先用4：1衰减
曲线法整定副调节器的参数，求得比例度δ2S和振荡周期T2S；
3）观察曲线，在约束条件下，适当调整主、副调节器的参数， 满意为止。
串级控制系统参数整定
串级控制系统参数整定串级控制系统又称为级联控制系统，是由两个或多个控制回路组成的系统，其中一个回路的输出作为另一个回路的输入。
串级控制系统广泛应用于工业生产和自动化领域，能够提高系统的稳定性、鲁棒性和动态性能。
参数整定是串级控制系统的一个重要部分，它对系统性能有着直接的影响。
本文将介绍串级控制系统参数整定的方法和步骤。
一、串级控制系统的概念和组成1、串级控制系统的概念串级控制是一种组合控制方式，它由两个或多个控制回路组成，一个回路的输出是另一个回路的输入。
2、串级控制系统的组成二、串级控制系统参数整定的步骤1、收集系统信息和建立数学模型首先，需要收集系统的信息，包括系统的输入输出关系、传输函数、稳态误差等。
然后，根据收集到的信息建立系统的数学模型，通常使用传输函数来描述系统的动态特性。
2、确定性能指标和要求根据实际需求，确定系统的性能指标和要求，如控制系统的稳定性、快速性和精确性等。
这些指标和要求将影响参数整定的选择和调整。
3、参数初步估计和调整根据系统的数学模型和性能要求，初步估计系统参数的范围，并进行调整。
参数的初步估计可以通过观察系统的动态响应、分析系统的特性以及根据经验来确定。
4、参数的优化和整定根据系统的数学模型和性能要求，确定参数的优化方法和整定步骤。
根据优化方法和步骤进行参数的调整和调整。
常见的参数整定方法包括经验整定法、Ziegler-Nichols方法、模型匹配法等。
5、参数调整和修正根据实际情况和系统的动态响应，对参数进行调整和修正。
观察系统的响应曲线，根据曲线的特征对参数进行调整，以达到最优的控制性能。
6、系统性能评估和调整对调整后的系统进行性能评估，并根据评估结果对系统进行调整。
评估系统的稳定性、快速性、精确性等指标，并根据评估结果对参数进行微调，使系统达到最佳的控制效果。
三、串级控制系统参数整定的方法1、经验整定法经验整定法是基于经验和实际经验的参数调整方法。
根据经验公式和经验规律，对参数进行初步估计和调整。
均匀控制系统的参数整定方法
均匀控制系统的参数整定方法一、均匀控制系统简介均匀控制系统是一种常见的控制系统，适用于许多工业自动化领域。
其基本原理是通过对被控对象的输入信号进行调整，使得被控对象的输出信号能够稳定在期望值附近。
为了实现这个目标，需要对均匀控制系统进行参数整定。
二、参数整定方法1. 传统经验法传统经验法是最常用的参数整定方法之一。
其基本思想是通过试错法来确定合适的参数值。
具体步骤如下：（1）根据被控对象的特性和工作要求选择合适的调节器类型和结构。
（2）根据经验公式或试错法确定比例系数Kp、积分时间Ti和微分时间Td。
（3）将确定好的参数值输入到调节器中，并进行实际运行测试。
（4）观察被控对象输出信号是否稳定在期望值附近，如不稳定则重新调整参数值重复以上步骤。
2. Ziegler-Nichols法Ziegler-Nichols法是另一种常用的参数整定方法。
其基本思想是通过寻找临界增益Ku和周期Tu来确定比例系数Kp、积分时间Ti和微分时间Td。
具体步骤如下：（1）将比例系数Kp设为0，积分时间Ti和微分时间Td设为无穷大。
（2）逐步增加比例系数Kp，直到系统产生振荡。
（3）测量振荡周期Tu和临界增益Ku。
（4）根据以下公式计算出参数值：Kp = 0.6KuTi = 0.5TuTd = 0.125Tu3. Cohen-Coon法Cohen-Coon法是一种基于模型的参数整定方法。
其基本思想是通过对被控对象建立数学模型来确定比例系数Kp、积分时间Ti和微分时间Td。
具体步骤如下：（1）根据被控对象的特性建立一阶惯性环节或二阶惯性环节的数学模型。
（2）根据以下公式计算出参数值：Kp = (1 + 0.35τ / T) / KTi = τ(1 + 0.7τ / T) / (2K)Td = 0.15τ(T / (1 + 0.35τ / T))4. 频率响应法频率响应法是一种基于系统频率响应特性的参数整定方法。
其基本思想是通过对系统的幅频特性和相频特性进行分析来确定比例系数Kp、积分时间Ti和微分时间Td。
均匀控制系统的参数整定方法
均匀控制系统的参数整定方法一、Introduction在控制系统中，参数整定是指通过合适的调整控制器参数来使系统的性能达到最佳状态。
均匀控制系统是一种常见的控制系统，其特点是系统的输入和输出变量之间的关系可以近似地表示为一次线性关系。
本文将深入探讨均匀控制系统的参数整定方法，包括经验法、试探法和优化算法等。
二、经验法经验法是一种常见且简单的参数整定方法，它基于先验经验和专家知识进行参数调整。
虽然没有数学模型的支持，但经验法通常可以提供较好的系统性能。
常见的经验法包括：经验法一、经验法二、经验法三等。
2.1 经验法一经验法一适用于一类特定的均匀控制系统。
整定步骤如下：1.根据系统的特性选择合适的控制器类型，如比例控制器、积分控制器等。
2.根据系统的动态响应要求，选择合适的参数范围。
3.通过试错法不断调整参数，将系统的输出逼近期望值。
4.如有必要，进行进一步的微调，以达到更好的控制效果。
2.2 经验法二经验法二是另一种基于经验的参数整定方法，适用于另一类特定的均匀控制系统。
整定步骤如下：1.根据系统的特性选择合适的控制器类型，如比例控制器、积分控制器等。
2.根据系统的动态响应要求，选择合适的参数范围。
3.通过试错法不断调整参数，将系统的输出逼近期望值。
4.如有必要，进行进一步的微调，以达到更好的控制效果。
三、试探法试探法是一种通过试验和实践逐步调整参数的方法。
它基于系统的实际工作情况和观察结果，逐步改进参数设置，以达到系统性能的最优化。
3.1 初始参数设定在试探法中，首先需要设定一组初始参数。
这些参数可以是根据经验法确定的初值，也可以是根据系统特性进行估计得到的初值。
3.2 系统响应分析在设定了初始参数后，需要通过系统响应分析来评估参数的准确性。
可以通过实验或仿真来获取系统的输入和输出数据，并进行频域分析或时域分析。
3.3 参数调整根据系统响应分析的结果，可以针对性地对参数进行调整。
常见的参数调整方法包括增益、积分时间常数和微分时间常数的调整。
控制系统pid参数整定方法的matlab仿真
控制系统pid参数整定方法的matlab仿真
控制系统PID参数整定方法的MATLAB仿真，可以分为以下几个步骤：
1. 建立模型。
在MATLAB中建立你要进行PID参数整定的模型，比如电机速度控制系统或温度控制系统。
2. 设计控制器。
根据建立的模型，设计出对应的PID控制器，并将其加入到系统中。
3. 确定初始参数。
在进行PID参数整定前，需要确定PID控制器的初始参数。
通常可以选择Ziegler-Nichols方法、Chien-Hrones-Reswick方法等经典的PID参数整定法则来确定初始参数。
4. 仿真模拟。
使用MATLAB中的仿真工具，对整定后的PID控制器进行仿真模拟，并记录下系统的响应曲线和各项性能指标。
5. 调整参数。
根据仿真结果，对PID控制器的参数进行适当的调整，以达到更理想的控制效果。
6. 再次仿真模拟。
调整完参数后，再次使用MATLAB中的仿真工具，对整定后的PID控制器进行仿真模拟，并比较其与上一次仿真的差异，以确认调整是否合理。
7. 实现控制。
最后，将优化后的PID控制器应用到实际控制系统中，进行控制。
总的来说，PID参数整定是一个相对复杂的过程，需要根据具体情况选择合适的方法和工具。
MATLAB作为一种强大的数学计算软件，可以提供丰富的工具和函数，方便进行控制系统的建模和仿
真，也可以帮助我们更好地进行PID参数整定。
串级控制系统两步整定法
串级控制系统两步整定法1. 串级控制系统串级控制系统是一种多回路控制系统，由两个或多个部分组成，每个部分具有不同的动态响应特性。
这些部分之间通过反馈路径连接，形成一个闭环控制系统。
串级控制系统通常用于需要更高级别控制的工业和自动化应用中。
2. 两步整定法介绍两步整定法是一种用于串级控制系统的控制器参数调整方法。
它由两个步骤组成：首先是第一步整定，通过调整主回路控制器的参数来满足系统对负载变化的响应要求；其次是第二步整定，通过调整辅助回路控制器的参数来改善系统的稳定性和抗干扰能力。
3. 第一步整定第一步整定主要针对主回路控制器的参数进行调整，以满足系统对负载变化的响应要求。
3.1 确定传递函数首先，需要确定主回路的传递函数。
传递函数描述了输入信号与输出信号之间的关系。
在串级控制系统中，主回路的传递函数由主回路控制器和主回路执行器组成。
3.2 设计PID控制器接下来，根据传递函数的模型，可以使用PID控制器来设计主回路控制器的参数。
PID控制器包括比例项、积分项和微分项，可以根据系统的动态响应要求来调整这些参数。
通常可以使用试探法或基于模型的方法来设计PID控制器。
3.3 调整PID参数一旦设计好PID控制器的参数，就可以开始调整这些参数。
调整PID参数的目标是使得系统的响应快速、稳定，并且满足性能指标。
首先，可以调整比例参数。
增大比例参数可以增加系统对负载变化的响应速度，但可能导致系统产生过冲。
减小比例参数可以降低系统的过冲，但可能导致系统的响应速度较慢。
需要通过实验来不断调整比例参数，以找到最优的值。
3.3.2 积分参数调整其次，可以调整积分参数。
增大积分参数可以降低系统的稳态误差，但可能导致系统产生超调。
减小积分参数可以减小系统的超调，但可能会增加稳态误差。
需要通过实验来不断调整积分参数，以找到最优的值。
3.3.3 微分参数调整最后，可以调整微分参数。
增大微分参数可以提高系统的抗干扰能力，但可能导致系统产生高频振荡。
单回路控制系统参数整定
单回路控制系统参数整定首先，为了实现良好的控制系统性能，我们需要确定四个关键参数：比例增益（Kp），积分时间常数（Ti），微分时间常数（Td）和控制器增益（Kc）。
整定这些参数需要考虑系统的稳态和动态性能。
下面将依次介绍这些参数。
比例增益（Kp）是最基本的一个参数，通过增加或减少输出与输入之间的比例关系来调节系统的响应速度。
当Kp过大时，系统容易产生震荡或不稳定的行为；而Kp过小则会导致系统的响应速度较慢。
Kp的大小一般由试验和经验确定。
积分时间常数（Ti）是对系统的稳态性能进行调节的参数。
增大Ti可以减小系统的稳态误差，但可能会带来较长的调节时间。
根据所需的稳态误差来选择合适的Ti，一般建议取值较大，以避免过度调节。
微分时间常数（Td）用于调节系统的动态响应速度。
增大Td可以减小系统的超调量，但过大的Td可能会导致系统对噪声敏感。
一般来说，选择适当的Td可以使系统具有较好的响应速度和较小的超调量。
控制器增益（Kc）是控制器输出和输入差值的倍数关系。
通过增大或减小Kc来调节控制器的输出量级，从而使控制系统达到预期的性能指标。
一般情况下，Kc的选择需要考虑系统的稳定性和灵敏度。
除了试探法，还有一些优化算法可用于系统参数整定，如：遗传算法、模糊控制和神经网络。
这些算法通过优化目标函数来确定最优的参数值，可以有效减少参数整定的时间和工作量。
然而，这些算法需要较高的计算资源和较长的计算时间，因此在实际应用中需要权衡其效果和成本。
总结起来，单回路控制系统参数整定是实现控制系统性能的关键步骤。
参数整定需要综合考虑系统的稳态和动态性能，并采用适当的方法和技术来确定最优的参数值。
合理的参数整定可以使控制系统达到预期的性能指标，提高系统的稳定性和控制效果。
控制系统的工程整定方法
• PID控制器的参数整定方法有凭操作人员经验的人工整定， 有根据仿真模拟试验得到的最佳整定参数来整定，有根据 理论计算来整定，还有根据试验和理论计算相结合的自整 定，以及根据试验和经验公式相结合的工程整定等。本节 将介绍常用的三种工程整定法—衰减曲线法、Z-N法 (Ziegler-Nichols于1942年提出)及实际经验法。 • (一)衰减曲线法 • 衰减曲线法是一种根据受控过程在只有比例控制作用下的 具有一定衰减率驴的、由衰减振荡曲线的参数夙和振荡周 期Ts来确定各类控制器整定参数的方法。其中 • •
• 以炉膛负压为例，若变送器量程范围为3000～+3000Pa，k=0.0167。
100 100 100 k 0.0167 量程 3000 3000 6000，太小，控 制作用太慢；太大，稳定性降低，乃至系 统发散振荡。
• 给水流量的工程量程为0～1200t/h，将该参 数乘以什么数值后，量程变为0～100%。若 给水流量分别为500、800、1100 t/h时，其 百分数值是多少？解：
• (三)实际经验法 • 上述两种工程整定方法最大的优点是简单方便， 因此，很适合于生产现场。但是，无论是衰减曲 线法还是Z-N法，所确定的控制器整定参数都是 初步的，还需在现场调试中予以修正。 • 而在火电机组热工控制工程中，通过长期实践， 人们总结了一套参数整定的经验，称之为经验法。 经验法可以说是根据经验进行参数试凑的方法， 它首先根据经验设置一组控制器参数，然后将系 统投入闭环运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验， 观察控制过程；如果过渡过程不令人满意，则修 改控制器参数，再作阶跃扰动试验，观察控制过 程；反复上述试验，直到控制过程满意为止。
• (二)Z-N法 • Z-N法是一种根据受控过程(或称受控对象) 的阶跃响应特性结合经验公式来计算控制 器整定参数的方法。它又分成受控过程为 无自平衡能力型和有自平衡能力型两种情 况。
串级控制系统参数整定步骤
串级控制系统参数整定步骤嘿，咱今儿就来讲讲串级控制系统参数整定步骤这档子事儿。
你想啊，这串级控制系统就好比是一支训练有素的队伍，要想让它发挥出最大的威力，那每个环节都得精心调整。
这参数整定啊，就是让这个队伍能协调一致、高效作战的关键。
第一步呢，就像是给队伍选好领队一样重要。
咱得先确定主回路的参数，这可是基础中的基础。
得好好琢磨琢磨，怎么让主回路稳定运行，就像给房子打牢地基一样。
然后呢，到了副回路啦。
这副回路就像是队伍里的先锋队，得快速响应，灵活多变。
调整副回路的参数，让它能紧跟主回路的节奏，迅速做出反应。
接下来呀，就开始反复试验啦。
这就跟做菜似的，调料放多少得一次次试，才能找到最合适的味道。
咱得不断地调整这些参数，看看系统的反应，直到找到那个最佳的平衡点。
你说这是不是很有意思？就跟搭积木一样，一块一块地调整，最后搭出一个漂亮、稳定的结构。
要是参数没整定好，那可就好比积木没搭稳，随时可能垮掉。
想象一下，一个没整定好参数的串级控制系统，那不就跟一群没头苍蝇似的乱撞嘛。
咱可不能让这种情况发生呀！咱得精心、细心地去调整，让它乖乖听话，为我们好好干活。
在这个过程中，可不能马虎。
每一个小细节都可能影响到整个系统的性能。
就好像一颗小螺丝钉，看着不起眼，要是松了，可能整个机器都出问题呢。
咱得有耐心，别着急。
参数整定可不是一下子就能搞定的事儿，得慢慢来。
就像跑马拉松，一步一步地跑，才能到达终点。
总之啊，串级控制系统参数整定步骤可不能小瞧。
咱得认真对待，仔细调整，让这个系统发挥出它最大的作用。
这样咱才能在各种控制场景中得心应手，让一切都按照我们的想法顺利进行。
这可不是一件容易的事儿，但只要咱用心去做，就一定能做好！相信自己，一定行！。
第五章 控制系统的设计及整定
5.3.1 Ziegler-Nichols PID参数经验整定法
Z-N整定法适用的被控对象为带纯延迟的一阶惯性环节，即G s
=
������ ������������+1
������−������������
,该方法由Ziegler和Nichols于1942年提出，后
来几经改进，总结出一些以衰减率������ = 0.75的最佳调节器整定公式，其代表是柯恩(Cohen)-库恩(Coon)整定公式：
性能指标：衡量参数整定效果的指标。衰减率：在衰减振荡中，两个相邻同方向幅值之比称为衰减比。
分类： 1.理论计算整定法，即基于被控对象的数学模型，通过计算方法直接求得调节器整定参数。 如根轨迹法，频率特性法。计算求得的参数并不很可靠，另外，计算过程复杂，不方便。 2.工程整定法。其中有些是基于对象的阶跃响应曲线，有些则直接在闭环系统中进行。是 一种近似的经验方法，简单实用，易于掌握。
5.1 PID控制概述
PID(Propotional-Intigrate-Differential)控制是比例积分微分控制的简 称。是一种负反馈。在过程控制的发展历程中，PID控制是历史最 悠久（上世纪40年代以前，是过程控制唯一的控制方式），生命力 最顽强（时至今日，仍是最广泛应用）的基本控制方式。其具有以 下优点：
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+
1 ������������
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通过实验，便能迅速获得调节器的近似最佳整定参数，因 而在工程中得到广泛的应用。方法简单，易于掌握。
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3.3 工程整定法
衰减频率特性法计算工作量大, 计算结果需要现场试验加以 修正, 在工程上不直接使用. 工程整定法是在理论基础上通过 实践总结出来的. 它通过并不复杂的实验, 便能迅速获得调节 器的近似最佳整定参数, 在工程中得到了广泛的应用. 常用的工程整定法有以下几种：
4) 对于传递函数已知的系统, 其临界比例带和临界振荡周期可以算出.
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三 衰减曲线法
原理: 根据纯比例控制系统处于某衰减比 (如4:1或10:1) 时振荡试验所
得的数据(即比例带δs和振荡周期Ts), 由经验公式求取调节器最 佳参数值. 与稳定边界法类似．也是闭环整定法, 其步骤为：
3.1 控制系统整定的基本要求
1)控制系统的控制质量的决定因素:被控对象的动态特性 2)整定的前提条件: 设计方案合理, 仪表选择得当, 3)整定的实质: 通过选择控制器参数, 实现最佳的控制效果
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4) 评定整定效果的指标（参数整定的依据）
y ① 单项性能指标
衰减率: ψ=(y1-y3)/y1=1-1/n
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一般整定过程：
在实际系统整定过程中，常将两种指标综合起来 使用。一般先改变某些调节器参数（如比例带）使系 统获得规定的衰减率，然后再改变另外的参数使系统 满足积分指标。经过多次反复调整，使系统在规定的 衰减率下使选定的某一误差指标最小，从而获得调节 器的最佳整定参数。
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② 误差积分性能指标
采用误差积分性能指标作为系统整定的性能指标时，系统的 整定就归结为计算控制系统中待定的参数(δ,TI, TD)使各类积 分数值最小，如：
各种积分指标：
IE（误差积分） 优点：简单，也称为线性积分准则 局限：不能抑制响应等幅波动 IAE（绝对误差积分） 特点：抑制响应等幅波动 ISE（平方误差积分） 优点：抑制响应等幅波动和大误差 局限：不能反映微小误差对系统的影响 ITAE（时间与绝对误差乘积积分） 优点：着重惩罚过度时间机控制技术
δ对于比例调节过程的影响
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图 系统的临界振荡
参数 规律
δ
TI
TD
P
2 δ cr
PI
2 .2 δ cr 0.85Tcr
PID
1.67δcr 0 .5 Tcr
0.125Tcr
稳定边界法参数整定公式
ψ=75%
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1) 动态特性参数法
2) 稳定边界法
3) 衰减曲线法
4) 经验法
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一 动态特性参数法
它是以被控对象阶跃响应为依据，通过一些经验公式求取调节器最佳参 数整定值的开环整定方法．
前提: 广义对象的阶跃响应曲线可用G(s)=Ke-τs/(Ts+1)来近似．
整定步骤：
1) 通过实验测得被控对象控制通道的阶跃响 应, 由阶跃响应曲线得到K, T,τ,并计算出ε 值; (ε=K/T)
1) 使调节器仅为比例控制，比例带δ设为较大值, TI=∞, TD=0, 让系 统投入运行.
2) 待系统运行稳定后,逐渐减小比例带,直到系统出现等幅振荡, 即临 界振荡过程．此时的比例带为δcr，振荡周期为Tcr
3) 利用δcr和Tcr值, 按稳定边界法参数整定计算公式表，求调节器各 整定参数δ,TI, TD
δψ KI, KDIAE, ···
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5) 常用整定方法
① 理论计算整定法
根轨迹法，频率特性法 由于数学模型总会存在误差，实际调节器与理想调节器的动 作规律有差别，所以理论计算求得的整定参数并不可靠．而 且，理论计算整定法复杂，烦琐，使用不方便．但它有助于 深入理解问题的本质，结果可以作为工程整定法的理论依 据． ② 工程整定法
最大动态偏差: y1
r
超调量: σ=y1/y∞*100%
调节时间: ts(进入稳态值5%范围内)
y1
y3
ess
y∞ t
在单项指标中, 应用最广的是衰减率ψ, 75%的衰减率是对偏 差和调节时间的一个合理的折中.
单一指标概念比较笼统, 难以准确衡量; 一个指标不足以确定 所期望的性能, 多项指标往往难以同时满足.
注意:
1) 控制系统需工作在线性区．
2) 此法用于无自平衡能力对象的系统会导致衰减率ψ偏大,用于有自 平衡能力对象 的系统会导致ψ偏小,故实际应用时还须在线调整.
3) 此法不适用于本质稳定系统和不允许进入稳定边界的系统. 采用这 种方法整定调节器参数时会受到一定的限制，如有些过程控制系统不 允许进行反复振荡试验，像锅炉给水系统和燃烧控制系统等，就不能 应用此法。再如某些时间常数较大的单容过程，采用比例调节时根本 不可能出现等幅振荡，也就不能应用此法。
假设是单位阶跃响应, 则式中各参数的意义如图 所示。
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响应曲线
a)无自衡能力过程
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b)有自衡能力过程
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二 稳定边界法（临界比例度法）
是一种闭环的整定方法. 它基于纯比例控制系统临界振荡试验所得的 数据, 即临界比例带δcr和临界振荡周期Tcr(此时相对稳定度m=0), 利 用经验公式, 求取调节器最佳参数, 具体步骤为：
0.5 τ
Z-N调节器参数整定公式
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P56 表3.2
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图 求广义对象阶跃响应曲线示意图
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对于无自衡能力的广义过程，传递函数可写为
G0(s)
s
es
对于有自衡能力的广义过程，传递函数可写为
G0(s)1 K T 00ses
1/Pes 1T0s
2)由经验公式计算出调节器的参数KC, TI、TD.
经验公式:
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Z-N公式
单容水槽
C-C公式 (Cohen-Coon 柯恩－库恩整定公式)
以ψ=75%为衰减率
带误差积分指标的整定公式
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参数 规律
P PI PID
δ
TI
TD
ετ
1.1 ε τ
3.3 τ
0.85 2 . 0 τ