PID调节器的作用及其参数对系统调节质量的影响

实验: PID调节器的作用及其参数对系统调节质量的影响

一.实验目的:

1.了解和观测PID基本控制规律的作用，对系统动态特性和稳态特性及稳

定性的影响。

2.验证调节器各参数(Kc，Ti，Td), 在调节系统中的功能和对调节质量的

影响。

二. 实验内容:

1.分别对系统采取比例(P)、比例微分(PD)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID)

控制规律，通过观察系统的响应曲线，分析系统各性能的变化情况。

1.观测定值调节系统（扰动作用时）在各调节规律下的响应曲线。

2.观测调节器参数变化对定值调节系统瞬态响应性能指标的影响。

三. 实验原理:

参考输入量（给定值）作用时，系统连接如图（1）所示:

图（1）

图（2）

四. 实验步骤:

利用MATLAB中的Simulink仿真软件。

l. 参考实验一，建立如图（2）所示的实验原理图；

2. 将鼠标移到原理图中的PID模块进行双击，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. 单击工具栏中的

图标，开始仿真，观测系统的响应曲线，分析系统性

能；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，

分析比例微分控制的作用。

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，

分析比例积分控制的作用。

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，分析比例积分微分控制的作用。

(1) P=1,I=0,D=0

(2) P=0.618,I=0,D=0

(3) P=0.618,I=0.1,D=0

(4) P=0.618,I=1,D=0

(5) P=0.618,I=1,D=0.1

(6) P=0.618,I=1,D=1

(7) P=1.8 I=0 D=0

(8)P=1.8 I=0.6 D=0

(9) P=1.8 I=1.4 D=0

五.思考题:

1.比例微分控制规律对改变系统的性能有什么作用？

2.比例积分控制规律对改变系统的性能有什么作用？

3. 定值调节系统与随动调节系统其响应曲线有何区别?

4.在阶跃响应曲线中定义其时域指标，两种调节系统有什么异同点?

5.Kc、Ti及Td改变后对系统控制质量的影响?

6.分析积分作用的强弱，对系统有何影响？

答：

1、PD控制器中的微分控制规律，能反应输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性。在串联校正时，

1的开环零点，使系统的相角裕度提高，因而有助于系统动可使系统增加一个-

态性能的改善。

2、在串联校正时，PI控制器相当于在系统中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。位于原点的极点可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能；而增加的负实零点则用来减小系统的阻尼程度，缓和PI控制器极点对系统稳定性及动态过程产生的不利影响。只要T足够大，PI控制器对系统稳定性的不利影响可大为减弱。在控制工程

积分时间常数

i

实践中，PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。

3、定值调节系统，在定值调节系统中被调参数的给定值是恒定不变的。例如在恒温、恒湿的控制系统中，温度的给定值是相对恒定的。

随动调节系统，在随动调节系统中，被调参数的给定值是某一位置变量的函数，而这个变量的变化规律是随机的事前不可知的。

4、P控制和PI控制两者的响应速度基本相同，因为这两种控制的比例系数不同，因此系统稳定的输出值不同。PI控制的超调量比P控制的要小，PID控制比P控制和PI控制的响应速度快，但是超调量要大些。

5、当，Kp增大时，系统响应速度加快，幅值增高。当，Kp达到一定值后，系统将会不稳定。当Td增大时，系统的响应速度加快，响应峰值提高

6、P 、I 、D 参数的预置是相辅相成的，运行现场应根据实际情况进行如下细调：被控物理量在目标值附近振荡，首先加大积分时间I ，如仍有振荡，可适当减小比例增益P 。被控物理量在发生变化后难以恢复，首先加大比例增益P ，如果恢复仍较缓慢，可适当减小积分时间I ，还可加大微分时间D 。