热工控制系统---实验二--单回路控制系统参数整定

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单回路控制器参数整定

单回路控制器参数整定

实验二:单回路控制器参数整定在现代工业控制应用中,单回路控制系统是最简单、最基本、也是使用最广泛的一种形式。

对于控制系统来说,在设定值发生变化或系统受到扰动作用后,系统将从原来的稳态经历一个过程进入另一个新的稳态。

一个自动控制系统的好坏在稳态下是难以判别的,只有在过渡过程中才充分反映出来。

一个良好的控制系统,在经历扰动后,一般应平稳、迅速和准确地趋近或回复到设定值。

这就需要对调节器的控制参数进行准确地设定才能达到理想的效果。

1 单回路控制系统的具体设计单回路控制系统由A/D转换器、D/A转换器、PID控制器、与外部被测对象、调节器组成单回路控制系统,系统的方框图如图2所示。

本系统采用单回路的数字PID控制,主要将根据系统的给定值与实际值的偏差,利用ARM7S3C4480X芯片进行PID运算后,来实现对PID控制参数的调整。

主调节器的输入由设定值与实际值的偏差给定,主调节的输出控制调节阀。

调节器均具有常规调节器的功能,可单独地进行P、I、D参数、给定值的设定。

2 单回路控制器PID控制算法比例积分微分控制,是过程控制中应用最广泛的一种控制规律。

实际运行经验及理论分析充分证明,这种控制规律用于多数被控对象能够获得较满意的控制效果。

因此,在计算机测控系统中广泛地采用PID控制规律。

PID算法的离散化对被控对象的静态和动态特性的研究表明,由于绝大多数系统中存在储能部件,使系统对外作用有一定的惯性,这种惯性可以用时间常数来表征。

另外,在能量和信息传输时还会因管道、长线等原因引入一些时间上的滞后。

在工业生产过程的实时控制中,总是会存在外界的干扰和系统中各种参数的变化,它们将会使系统性能变差。

为了改善系统性能,提高调节品质,除了按偏差的比例调节以外,引入偏差的积分,以克服余差,提高精度,加强对系统参数变化的适应能力:引入偏差的微分来克服惯性滞后,提高抗干扰能力和系统的稳定性,由此构成的单参数PID控制回路e(t)=R-y(t) (1)式(1)中y(t)是被控变量,R是y(t)的设定值。

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

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。

单回路控制系统整定方法

单回路控制系统整定方法

单回路控制系统整定方法**《单回路控制系统整定方法,看这一篇就够啦!》**嘿,朋友!今天我要跟你唠唠单回路控制系统整定的方法,这可是个超有用的技能哦!首先,咱们得搞清楚啥是单回路控制系统。

你就把它想象成一个“固执的小家伙”,它的任务就是按照咱们设定的规则,稳稳地控制着某个过程或者设备。

比如说,控制水温保持在一个特定的温度,或者让机器的转速一直稳定在某个值。

那接下来,咱们就开始整定啦!第一步,观察系统特性。

这就好比你要了解一个新朋友的脾气一样。

看看这个系统是反应快还是慢,是容易激动还是比较沉稳。

比如说,如果系统对输入的变化反应超级快,就像你一喊“开饭啦”,家里的小孩立马冲到饭桌前,那这就是个比较灵敏的系统;要是系统反应慢,就像你叫你那爱睡懒觉的朋友起床,喊了好几遍才有动静,那这就是个迟钝的系统。

第二步,选择整定方法。

这就像选武器一样,得选趁手的。

常见的有 Ziegler-Nichols 法、临界比例度法等等。

比如说 Ziegler-Nichols 法,就像是一把通用的宝剑,大多数情况都能派上用场;临界比例度法呢,就像是一把特制的匕首,在特定的场合能发挥奇效。

第三步,进行初步整定。

这时候就开始动手调试啦!先设定一些初始参数,就像给这个“小家伙”定个初步的规矩。

比如说,设定一个比例增益,想象这就是给它的力量大小。

如果一开始设定得太小,那系统就像没吃饱饭一样,干活没力气;要是设定得太大,系统又像打了鸡血,兴奋过头,乱了套。

第四步,观察系统响应。

这就好比你在旁边看着这个“小家伙”干活,看看它干得好不好。

是动作太快太猛,还是慢悠悠的不给力。

如果系统的响应曲线像过山车一样上上下下,那肯定不行,咱得继续调整;要是像一条平稳的直线,那恭喜你,差不多成功啦!第五步,精细调整。

这一步就像给一幅画做最后的修饰,让它更加完美。

根据系统的响应,微调那些参数,比例增益、积分时间、微分时间等等,就像给“小家伙”一点点纠正行为习惯,让它越来越听话。

热工A第七章单回路控制系统分析及其参数整定

热工A第七章单回路控制系统分析及其参数整定

能源与动力工程学院第七章单回路控制系统分析及其参数整定单回路控制系统原理方框图为了便于系统分析,将测量变送器、执行器、被控对象作为该广义对象图所示的单回一个整体看待,该整体称为“广义对象”。

这样上图所示的单回路控制系统就由调节器和广义对象两部分组成,其等效原理方框单回路控制系统等效方框图若试验得到的被控对象动态特性包括了测量变送器的动态特W能源与动力工程学院调节器的正反作用调节器有正作用和反作用,单回路控制系统中调节器的正反作用方式选择的目的是使闭环系统在信号关系上形成负反馈。

正作用调节器:当系统的测量值减小给定值增加时,其输出z当系统的测量值减小给定值增加时其输出增加;z反作用调节器:当系统的测量值减小给定值增加时,其输出当系统的测量值减小给定值增加时其输出减小。

确定调节器正、反作用的次序一般为:首先根据生产过程确定调节器正反作用的次序般为首先根据生产过程安全等原则确定调节阀的形式、测量变送单元的正反特性,然后确定被控对象的正反特性,最后确定调节器的正反作用。

后确定被控对象的正反特性最后确定调节器的正反作用确定调节器正、反作用的原则:组成系统的各环节静态放大系数极性相乘必须为负值。

大系数极性相乘必须为负值能源与动力工程学院单回路系统注意事项:1、被调量的选择2、控制量(调节量)的选择3、控制通道和扰动通道4、影响控制系统控制质量的主要因素:控制器和对象特性。

控制系统组成:1、变送器变送器原理方框图2、执行器执行器接受调节器的输出信号或手动操作信号,并将其转换执行器接受调节器的输出信号或手动操作信号典z典型的调节组件能源与动力工程学院能源与动力工程学院SAMA图SAMA图是美国科学仪器制造协会(Scientific Apparatus Maker’s Association)所采用的绘制图例,它易于理解,能清楚地表示系统功能,广范为自动控制系统所应用。

自动信号处理功能测量或信号显示功能手动信号处理功能执行机构FT LT PT TT ZT流量变送器液位变送器压力变送器温度变送器位置反馈能源与动力工程学院√∑×△±÷开方乘法除法偏量偏差加法∫K d/dt f(t)f(x)∑/N比例积分微分时间函数函数均值T A手动切换操作手动增减操作手动设置操作A/M T TR><≯手动/自动切换切换跟踪大选小选高限H//L V>≮≯A/D≮高报低报限速限幅模数转换低限能源与动力工程学院P/I I/P V/I I/V D/A 气压-电流电流-气压电压-电流电流-电压数模转换/R/V MV/V热阻压热偶压信号来源热电阻-电压热电偶-电压MO HO电动执行机构液动执行机构气动执行机构f(x)执行机构直行程阀角行程阀能源与动力工程学院过程变量功能信号转换A:分析I:指示E/P电/气转换F:流量R:记录M/P脉冲/气压转换I:电流T:变送器I/P电流/气压转换L:液位E:测量元件P:压力∫:积分器S:速度T:温度HZ:频率Z:位置7.2 .1调节器的控制规律中最基本的调节作用是比例、积分和微分调节动作传递函数为:传递函数为:式中:μ能源与动力工程学院能源与动力工程学院1)比例带增大,比例增益减小,稳比例增益减小稳定性增强,控制作用减弱,动差增大,用减弱动差增大静差增大。

单回路控制系统的参数整定

单回路控制系统的参数整定
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2
P=1 -----P=2 -----P=3 ------
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
结论:
• 比例作用无惯性、无迟延、动作快; • 有差调节 • Kp越大,比例带越小,稳定性减弱,控制 作用增强,动差减小,静差减小。
8 1 8 y lim s 2 s 0 3 s 5 s 17 s 17
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
0.8 0.6
0.4
0.2
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
令P分别等于1、2、3,得到以下不 同曲线:
谢谢!
4 2 0 . 8 s 2 Y ( s ) 3 3 . 2 s 8 s 5 s 9 G ( s ) 2 4 R ( s ) 1 s 8 . 2 s 1 3 2 2 0 . 8 s 3 s 5 s 9
3 . 2 s 8 18 y lim s 2 s 0 3 s 8 . 2 s 17 s 17
2.比例积分调节(PI)
• 令P=2,I=2,D=0:
4 2 2 2 Y ( s ) 3 8 s 8 s 5 s 9 s G ( s ) 3 2 4 R ( s ) s 5 s 17 s 8 2 3 1 2 2 3 s 5 s 9 s
1 0.5 0
1 0.5 0 0
2
4
6
8
10
12
14
16

单回路控制系统实验指导书

单回路控制系统实验指导书

单回路控制系统PID参数整定试验指导书一、试验目:本试验装置以管式电炉为被控对象, 用Honeywell通用数字式控制器, 依据所提出技术要求, 能够组成不一样形式温度控制系统。

经过试验可深入了解和掌握控制系统组成; 各单元在控制系统中作用、要求, 调校方法; 以及控制系统参数整定。

经过控制系统试验, 深入加深和巩固过程控制系统课学习, 锻炼和提升分析问题, 处理问题能力。

二、试验中工艺要求:1.炉中部给定温度200摄氏度。

2.关键干扰原因:①管式电炉加热丝供电电压、频率改变②电炉内外热对流注: 以上提出工艺要求也能够在试验中依据具体条件而有所改变。

三、试验内容:1.设计单回路温度控制系统, 并进行正确接线。

2.熟悉数字调整器使用和参数设置方法。

3.单回路闭环控制系统参数整定和分析。

四、试验装置:整套试验装置由管式加热炉, 交流调压器, 测温元件, 控制柜, 计算机, 台式统计仪组成。

经过控制柜上接线端子, 用导线连接, 可组成单回路、串级等控制系统, 并可完成对象特征测定, 调整器参数整定等试验。

试验装置仪表选型介绍:⑴主调整器: 通用数字控制器Honeywell DC330E-K0-100-20⑵副调整器: 通用数字控制器Honeywell DC230B-C0-0A-11⑶数字交流电压表WP-E812-00-N⑷数字交流电流表WP-E814-02-N⑸指针直流电流表2085, 4~20mA⑹数字温度变送器WP-C903-02-03-HL⑺可控硅电压调整器ZK-1⑻接触式调压器TDGC2-3, 3KV A⑼热电偶K型, 测量范围0~1300摄氏度⑽台式统计仪LM17-2A⑾管式加热炉1000W五、试验关键步骤:1.设计单回路温度控制系统, 在试验装置上用导线连接, 完成单回路控制系统组成。

2.熟悉数字控制器(Honeywell DC3300)使用, 了解P、I、D、参数设置方法, 具体操作请参考仪表使用说明进行。

单回路控制系统整定2012

单回路控制系统整定2012

(3)按计下表算结果设置好调节器的各个参
数,作阶跃扰动试验,观察调节过程,适当 修改调节器参数,到满意为止。
衰减曲线法也是利用了比例作用下的调节过
程。对于ψ=0. 75,采用比例积分调节规律时 相对于采用比例调节规律是引入了积分作用, 因此系统的稳定性将下降,为仍然能得到 ψ=0. 75的衰减率,就须将δ放大1.2倍后作为 比例积分调节器的比例带值。对于三参数调 节规律,由于微分作用的引入提高了系统的 稳定性和准确性,因此可将δ减小至0.8后作 为调节器比例带设定值,同时积分时间与无 微分作用下相比也适当减小了。

经验法整定参数的具体步骤是: (1)将调节器的积分时间Ti放到最大,微分时间Td 置于最小,据经验设置比例带δ值,将系统投入闭 环运行,稳定后作阶跃扰动试验,观察调节过程, 若过渡过程有希望的衰减率(ψ=0. 75-0.9)则可, 否则改比例带δ值,重复上述试验。 (2)将调节器的积分时间Ti由最大调整到某一值, 由于积分作用的引入使系统的稳定性下降,这时应 将比例带δ值适当增大,一般为纯比例作用的1.2倍。 作阶跃扰动试验,观察调节过程,修改积分时间重 复试验,直到满意为止。
节器比例带为δK然后按表4-3计算出调节器的 各个参数。 (4)将计算好的参数值在调节器上设置好,作 阶跃响应试验,观察系统的调节过程适当修 改调节器的参数,直到调节过程满意为止。
临界比例带法在实际应用中有一定的局限 性, 1)有些生产过程根本不允许产生等幅振荡, 如 火力发电厂锅炉汽包水位控制。 2)惯性较大的单容对象配比例调节器不易产生 等幅振荡过程,得不到临界状态下的调节器比 例带δK及振荡周期TK。

用同样方法,可以计算出当衰减率为不同值 时的整定参数值,下面列出以几种不同衰减 率进行整定计算后得到的数据如表4-1所示。

第6章__单回路控制系统设计及调节器参数整定

第6章__单回路控制系统设计及调节器参数整定

假设进水阀门为线性阀,则
而流出量与水槽水位高度的平方根 成正比,即
则整理得到:
如何进行线性 化处理呢?
即:
这里还可以定义液阻Rs,其物理意义是:要使输出量 单位增长(即增加1m3/s)所需要液位升高的高度。它反 映了流出管路上阀门2的阻力大小。
即: 将上式整理可得:
若令T= RsC=RsA,K= ku Rs ,即 :
一方面冷水的增加会引起汽包内水的 沸腾突然减弱,水中气泡迅速减少,水位 下降,如图中h1; 另一方面,液位会随着进水量的增加 而提高,并呈现出积分特性,如图中h2。
根据叠加原理,实际水位的变化
h h1 h2
这种在给水量阶跃增加作用下的开 始一段时间内水位不升反降,形成虚 假水位下降的现象,即是所谓“假水 位”现象。 用传递函数来描述可表示为:
只要对象的平衡工况一旦被破坏,就再也无法自建平 衡。这就是无自衡特性。
根据上图可以看出,自衡过程与非自衡过程的动态特 性一般可以分别用如下传递函数来近似描述,即 自衡过程:
K s G (s) e Ts 1 G (s) K s e Ts
无自衡过程:
工业过程的对象特性常见的还有采用二阶环节加纯滞 后过程来近似描述,即 自衡过程: G( s) 无自衡过程:
( K 2T1 K1 )s K 2 G( s) s(T1s 1) K1 观察上式可以看出,当: K 2 T1 K1 时,在响应初期, 占主导 T1s 1
地位,过程将出现反向特性。若该
条件不成立,则过程不会出现反向 特性。
K1 K2 T1
其右零点值为:: s
K2 K1 K 2T1
假设水槽的横截面积为A,根据物 料平衡关系可以得出:

单回路控制系统参数整定

单回路控制系统参数整定

单回路控制系统参数整定单回路控制系统参数整定是指根据给定的控制要求和系统特性,确定控制系统中的各个参数值,以实现系统的稳定性、抗干扰性和快速响应能力。

在控制系统参数整定的过程中,常用的参数包括比例增益、积分时间和微分时间等。

下面将介绍单回路控制系统参数整定的一般方法和常见技术。

首先,确定系统的数学模型是进行参数整定的前提。

系统的数学模型可以通过实验测试和理论分析来获得。

在实验测试中,可以通过对系统进行输入输出测试,得到系统的传递函数或状态空间模型。

在理论分析中,可以根据系统的物理特性和控制需求,推导系统的数学模型。

接下来,可以利用频域分析方法对系统进行分析和参数整定。

频域分析方法主要包括根轨迹法和频率响应法。

根轨迹法是通过绘制系统传递函数的根轨迹来分析系统的稳定性和性能,并得到参数整定的指导。

频率响应法是通过绘制系统的幅频特性和相频特性曲线来分析系统的频率特性和稳定性,并确定参数值。

在参数整定中,比例增益是一个重要的参数,它可以影响系统的灵敏度和响应速度。

比例增益的选择需要考虑系统的鲁棒稳定性和抗干扰性。

一般来说,当比例增益较小时,系统的抗干扰性较好,但响应速度较慢;当比例增益较大时,系统的响应速度较快,但容易产生振荡。

因此,需要根据具体的控制要求和系统特性来选择合适的比例增益。

积分时间是控制系统中的另一个重要参数,它可以用来消除系统的稳态误差。

积分时间越大,系统的积分作用越明显,可以减小稳态误差。

然而,过大的积分时间可能导致系统的超调量增大和振荡产生。

因此,需要进行合理的积分时间选择,以平衡稳态误差和系统的稳定性。

微分时间是用来改善系统响应速度和减小超调量的参数。

微分时间越大,系统的微分作用越明显,可以提高响应速度和减小超调量。

但过大的微分时间可能导致系统抗干扰性下降和响应变得不稳定。

因此,在选择微分时间时需要权衡响应速度和系统稳定性。

除了上述提到的参数,还有一些其他的参数也需要进行整定,如系统的采样周期、滤波器参数等。

热工控制系统---实验二--单回路控制系统参数整定知识讲解

热工控制系统---实验二--单回路控制系统参数整定知识讲解

实验二 单回路控制系统参数整定一、实验目的1、了解被控对象的特性对控制系统控制品质的影响。

2、掌握不同调节规律的调节器(P 、PI 、PID )对控制系统控制品质的影响。

3、熟悉MATLAB 软件中Simulink 工具箱的使用方法及在控制系统设计仿真中的应用。

4、掌握单回路控制系统中不同调节规律的调节器的参数整定方法。

二、Simulink 工具箱简介1、Simulink 工具箱的启动与主要模块介绍启动MATLAB 软件,在主程序窗口中点击“Simulink 按钮”,可以打开Simulink 工具箱的主窗口,如下图所示:图1-1 MATLAB 主程序窗口图1-2 Simulink 工具箱主窗口 Simulink 按钮新建按钮功能模块组列表功能模块在Simulink工具箱的主窗口中点击“新建按钮”,可以打开一个未命名的Simulink控制系统仿真界面,在界面中可以如图1-3所示:图1-3 未命名的Simulink控制系统仿真界面在上图所示的界面中可以根据需要,使用Simulink工具箱中的各功能模块组成控制系统方框图,对控制系统进行仿真研究。

本次实验中用到的主要功能模块如下:●增益模块(Gain)在图1-2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模块组列表中点击Math Operations功能模块组,会在窗口右边出现对应的各功能模块,用鼠标选择其中的增益模块(Gain)并按住左键将其拖到图1-3所示的Simulink控制系统仿真界面中,即可以得到一个增益模块(Gain)。

单击增益模块(Gain)下方的模块名称“Gain”,可以对其名称进行修改,双击增益模块(Gain),可以打开增益模块(Gain)的参数设置对话框如下图所示:增益值图1-4 增益模块(Gain)参数设置对话框增益模块(Gain)的功能为将输入值与增益值相乘,并将乘积输出,在对话框中可以对增益值Gain进行修改。

●加(减)法模块(Sum)在图1-2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模块组列表中点击Math Operations功能模块组,会在窗口右边出现对应的各功能模块,用鼠标选择其中的加(减)法模块(Sum)并按住左键将其拖到图1-3所示的Simulink控制系统仿真界面中,即可以得到一个加(减)法模块(Sum)。

单回路控制系统及调节器参数的工程整定实验报告 2

单回路控制系统及调节器参数的工程整定实验报告 2

单回路控制系统及调节器参数的工程整定实验报告一.实验目的:1.熟悉UT350数字指示调节器的构造,并熟悉掌握UT350数字指示调节器的参数设置,运行操作。

了解UT350与上位机之间的通信。

2.熟悉用UT(或UP)调节仪和SAC-CCT3S自动控制实验仪组成单回路控制系统的方法。

3.掌握运用响应曲线和临界比例度法确定调节器的整定参数值。

4.学会根据系统的过渡过程曲线形状来调整调节器的比例度和积分时间,使系统满足品质指标要求。

5.进一步熟悉AX102记录仪的使用。

二.实验设备及仪器:计算机controlX2000系统或AX102记录仪UP350程序调节器或UT350数字指示调节仪SAC-CCT3S自动控制实验仪三.实验内容及步骤1.按照上图步骤,设置调节器输入,41(电压有效范围为1-5V),输出置2(电流有效范围4-20MA),置手动(A/M),记录仪更新周期(扫描时间)为30s-1min。

一观察飞升曲线(1)置输出sp=50%(改变上下键实现)。

待系统稳定后,加阶跃信号,当系统扫描时,将sp置为75%,观察记录波形(飞升曲线)实验记录波形(正阶跃曲线)如下:(2)置输出sp=50%,当系统扫描时,将sp置为25%,观察记录波形(飞升曲线)实验记录波形(负阶跃曲线)如下:2.PID参数整定(1)将sp调至50%,再按上图步骤,关闭I参数、D参数。

将P参数调至100%,对半减少PM(同时观察记录仪)直至记录仪上出现等幅震荡曲线,记录此时的P 参数和T实验数据记录如下:出现等幅振荡时,P m ≈6.7,T m ≈60s按工程整定PID 参数列表如下P (%) T i T dP 2*6.7=13.4 —— ——PI 2.2*6.7=14.74 0.85*60=51 ——PID 1.7*6.7=11.39 0.5*60=300.125*60=7.5(2)在线修改P=50.7,I=9,D=2(经验值),sp 调至75%观察记录仪上的曲线得正阶跃响应曲线图:Sp由75%下调至50%,负阶跃响应曲线图由正阶跃响应曲线可得震荡时,第一波峰值为80.9,第二波峰值76.3,衰减比为(80.9-75)/(76.3-75)≈4.54 衰减率为1-1/4.54≈77.8%四.实验总结:1通过等幅震荡曲线得出的P m参数和由此计算出的PID参数与满足要求的实际参数差别还是很大的,由此可见工程整定,一定要以实际调节效果为依据,适当对理论数据进行修改和完善。

2023年单回路控制系统整定实验报告

2023年单回路控制系统整定实验报告

单回路控制系统整定试验汇报一、试验目旳(1)掌握动态模型旳创立措施.。

(2)掌握单回路控制系统旳理论整定措施和工程整定措施。

(3)理解调整器参数对控制品质旳影响。

二、试验仪器计算机一台三、试验环节(1)启动计算机,运行MATLAB应用程序。

(2)在MATLAB命令窗口输入Smulink,启动Simulink。

(3)在Simulink库浏览窗口中,单击工具栏中旳新建窗口快捷按钮或在Simulink库窗口中选择菜单命令File→New→Modee l,打开一种标题为“Untitled”旳空白模型编辑窗口。

(4)用鼠标双击信号源模块库(Source)图标,打开信号源模块库,将光标移动到阶跃信号模块(Step)旳图标上,按住鼠标左键,将其拖放到空白模型编辑窗口中。

用鼠标双击附加模块库(Simulink Extra)图标,打开A究竟提哦哪里Liner模块库,将光标移到PI DController图标上,按住鼠标左键,将其拖放到空白模块编辑窗口中。

(5)用同样旳措施从持续系统模块库(Continuous)、接受模块库(Sinks)和数学运算模块库(Math Operations)中把传递函数模块(Transfer Fcn)、示波器模块(Scope)和加法器模块(Sum)拖放到空白模型编辑窗口中。

(6)用鼠标单击一种模块旳输出端口并用鼠标拖放到另一模块旳输入端口,完毕模块间旳连接,如图1,图二。

图1图二(7)构造图1所示旳单回路反馈系统旳仿真模型。

其中控制对象由子系统创立,如图2。

(8)设调整器为比例调整器,对象传递函数为:0(1)nK T s +(其中:0K =1,0T =10,n=4),用广义频率特性法按衰减率0.75计算调整器旳参数;根据计算成果设置PID 调整其参数,启动仿真,通过示波器模块观测并记录系统输出旳变化曲线(9)用响应曲线法整定调整器旳参数。

1)求出对象旳阶跃响应曲线2)根据响应曲线求取对象旳动态特性参数。

单回路控制系统实验(过程控制实验指导书)

单回路控制系统实验(过程控制实验指导书)

单回路控制系统实验单回路控制系统概述实验三单容水箱液位定值控制实验实验四双容水箱液位定值控制实验实验五锅炉内胆静(动)态水温定值控制实验实验三实验项目名称:单容液位定值控制系统实验项目性质:综合型实验所属课程名称:过程控制系统实验计划学时:2学时一、实验目的1.了解单容液位定值控制系统的结构与组成。

2.掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。

3.研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。

4.了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。

5.掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。

二、实验内容和(原理)要求本实验系统结构图和方框图如图3-4所示。

被控量为中水箱(也可采用上水箱或下水箱)的液位高度,实验要求中水箱的液位稳定在给定值。

将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反馈信号,在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度,以达到控制中水箱液位的目的。

为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制,系统的调节器应为PI或PID控制。

三、实验主要仪器设备和材料1.实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个;2.SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根;3.SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。

四、实验方法、步骤及结果测试本实验选择中水箱作为被控对象。

实验之前先将储水箱中贮足水量,然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F1-11全开,将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度,其余阀门均关闭。

具体实验内容与步骤按二种方案分别叙述。

(一)、智能仪表控制1.按照图3-5连接实验系统。

将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。

图3-4 中水箱单容液位定值控制系统(a)结构图(b)方框图图3-5 智能仪表控制单容液位定值控制实验接线图2.接通总电源空气开关和钥匙开关,打开24V开关电源,给压力变送器上电,按下启动按钮,合上单相Ⅰ、Ⅲ空气开关,给智能仪表及电动调节阀上电。

单回路控制系统的参数整定

单回路控制系统的参数整定

单回路控制系统的参数整定
实验要求:
(1)了解调节器特性的实验测试方法
(2)掌握依据飞升特性曲线求取对象动态特性参数和调节器参数的方法
(3)熟悉单回路控制系统的工程整定方法
实验内容:
(1)在 Simulink 中搭建含该被控对象的单回路控制系统,其中输入为单位阶跃信号、单位负反馈、调节器选用 PID控制规律 (提示:PID环节用 Simulink 库中自带的)
(2)采用稳定边界法整定调节器参数,并给出 P、PI、PID三种调节规律下的单回路控制系统的输出曲线
Kp=4.78 Pm=0.2092 (Kp=1/Pm)
Tm=156.1-84.11=71.99s
P调节:
Kp=1/(2*Pm)=1/2*4.78=2.39
PI调节:
Kp=1/(2.2*Pm)=1/2.2*4.78=2.173
Ki=Kp/Ti=2.173/(0.85*71.99)=0.0355
PID调节:
Kp=1/(1.7*Pm)=1/1.7*4.78=2.81
Ki=Kp/Ti=2.81/(0.5*71.99)=0.078 Kd=Kp*Ti=2.81*0.125*71.99=25.286
(3)比较、分析实验结果
(4)加分项目:采用衰减曲线法整定调节器参数衰减比为4:1 时。

过程控制-单回路PID控制、PID的参数整定、实用数字PID及相关技术-文档资料

过程控制-单回路PID控制、PID的参数整定、实用数字PID及相关技术-文档资料
引入微分作用可提高控制系统的稳定性,但为 什么实际工业过程中应用并不多?
如何确定PID参数?
PID控制器的 参数整定与应用
PID参数对控制性能的影响
控制器增益 Kc或比例度δ
增 定益性下Kc降的;增大(或比例度δ下降),使系统的调节作用增强,但稳
积分时间Ti
积 制分系作统用的的稳增定强性(下即降;Ti 下降),使系统消除余差的能力加强,但控
电流转变为气压来操纵阀门
数字计算和通讯
手动操作
信号在局域网中传输, 传感器和阀门也可带有微处理器!
机械装置
气动设备 电动设备
数字PID
数字计算
数字计算 和通讯
信号采用数字传输
电流转变为气压来操纵阀门
数字控制
为什么?
数字控制采用分布式网络结构
操作站
操作站
数字通讯
(s)

Kc
(1
1 Ti s
)
积分时间Ti 对系统性能的影响
引入积分作用的根本目的是为了消除稳态余差,但使控制 系统的稳定性下降。当积分作用过强时(即Ti 过小),可 能使控制系统不稳定。
积分作用Ti对控制性能的影响
理想的比例积分微分PID控制器
u

Kc
(e

1 Ti
t
edt
0
Td
d ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱt)
Kd
Td s 1
+
u (t)
Kv Tvs 1
K p exp( s) + Tps 1
y (t)
Km
z (t)
Tms 1
假设控制输入u (t)与干扰输入d (t)均为阶跃信号,要求显示 输入对被控变量y (t)及其测量z (t)的动态响应。

单回路控制系统的工程整定

单回路控制系统的工程整定

实验2 单回路控制系统的工程整定一、实验目的1.学会单回路控制系统PID 控制器的工程整定方法(衰减曲线法和临界比例带法) 2.掌握PID 三个参数对控制过程的影响二、实验原理单回路控制系统如下:对象为一个三阶系统,控制器采用PID PID 传递函数 )s T sT 11(1)s (G d i ++=δ→δ比例带 →i T 积分时间常数 →d T 微分时间常数被控对象控制器三、实验内容调节器参数工程整定方法常用有4种:经验法、衰减曲线法、临界比例法、响应曲线法。

1.衰减曲线法它是利用在比例作用条件下产生75.0=ψ的控制过程时的调节器比例带和控制过程周期(衰减周期)s T 来整定调节器的参数。

sy 1:y 3=4:1 75.0=ψ步骤:(1)使调节器参数0,=∞=d iT T ,比例带δ置于较大的数值,将控制系统投入闭环运行。

(2)用给定值阶跃扰动作试验信号,观察控制过程。

若衰减率大于要求值,则逐步减小比例带δ,重复作给定值阶跃扰动试验,直到出现衰减率75.0=ψ为止,记下此时的比例带s δ(3)从控制过程曲线上求取75.0=ψ时的衰减周期T s (4)按上表计算调节器参数δ、Ti 、Td(5)将调节器按求得的数值设置好,然后再作阶跃扰动试验,观察控制过程,适当修改整定参数,直到控制过程满意为止。

2.临界比例带法L步骤:(1)使调节器参数0,=∞=d iT T ,比例带δ置于较大的数值,将控制系统投入闭环运行。

(2)用给定值阶跃扰动作试验信号,逐渐减小比例代,观察控制过程,直到系统出现等幅振荡为止,记下此时的临界比例带L δ和(3)从控制过程曲线上求取临界振荡周期T L (4)按上表计算调节器参数δ、Ti 、Td(5)将调节器按求得的数值设置好,然后再作阶跃扰动试验,观察控制过程,适当修改整定参数,直到控制过程满意为止。

单回路控制系统设计及调节器参数整定i

单回路控制系统设计及调节器参数整定i

的重要环节。
实验验证是检验系统理论分析、综合正确与否的重要步骤。 许多在理论设计中难以考虑或者考虑不周的因素,可以通过实
验加以补充完善,以便最终确定系统的控制方案并进行工程实
施。
总之,过程控制系统的设计是一个从理论设计到工程实践, 再从工程实践到理论设计的多次反复和实验的过程。
5.1.2 过程控制系统控制方案的制定
第5章 单回路控制系统系统 设计概述
图5-1 单回路控制系统的典型结构
5.1.1 过程控制系统设计的步骤
系统的技术要求或者性能指标通常是由用户或者被
控过程的设计制造单位提出的。系统设计者必须全面了解
和掌握,这是控制方案设计的基本依据。而且,技术要求 必须 切合实际,性能指标必须有充分依据。 系统必须具备的三个品质是:快、稳、准
在自动控制系统中,把用来客服或补偿干扰对被控变量的 影响,实现控制作用的变量称为调节量,最常见的调节量是介 质的流量。 概括来说,调节量的选择原则主要有:
(1)调节量是可控的,即工艺上允许调节的变量; (2)调节量一般比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。应通过合理 选择调节量,使得控制通道的放大倍数适当大、时间常数适当小、纯滞 后时间尽量小。 (3)在选择调节量时,除了从自动化角度考虑外,还要考虑工艺上操 作的合理性,可行性与生产的经济性等诸多因素。一般来说,不宜选择 生产负荷作为调节量,因为生产负荷直接关系到产品质量,另外,要尽 量降低物料与能量的消耗。
图5-1 单回路控制系统的典型结构
5.2.1 单容对象动特性及其数学描
述、对象的自衡特性
在连续生产过程中,最基本的关系是物料平衡和能 量平衡。
1 、水槽水位的动特性
水槽水位h: 系统的输出被调量; 入水阀门的开度变化: 系统的输 入调节作用。 出水阀门的开度变化: 代表来自 外部的系统负荷变化引起的过程输 入扰动; 对象的动特性: 找出对象的输入变量和输出变量之间相 互作用的规律,而对象的微分方程就是这种规律的数学描 述。

单回路控制系统参数整定

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。

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实验二单回路控制系统参数整定一、实验目的1、了解被控对象的特性对控制系统控制品质的影响。

2、掌握不同调节规律的调节器(P、PI、PID)对控制系统控制品质的影响。

3、熟悉MATLAB软件中Simulink工具箱的使用方法及在控制系统设计仿真中的应用。

4、掌握单回路控制系统中不同调节规律的调节器的参数整定方法。

二、Simulink工具箱简介1、Simulink工具箱的启动与主要模块介绍启动MATLAB软件,在主程序窗口中点击“Simulink按钮”,可以打开Simulink工Simulink按钮图1-1 MATLAB主程序窗口图1-2 Simulink工具箱主窗口在Simulink工具箱的主窗口中点击“新建按钮”,可以打开一个未命名的Simulink 控制系统仿真界面,在界面中可以如图1-3所示:图1-3 未命名的Simulink控制系统仿真界面在上图所示的界面中可以根据需要,使用Simulink工具箱中的各功能模块组成控制系统方框图,对控制系统进行仿真研究。

本次实验中用到的主要功能模块如下:增益模块(Gain)在图1-2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模块组列表中点击Math Operations 功能模块组,会在窗口右边出现对应的各功能模块,用鼠标选择其中的增益模块(Gain)并按住左键将其拖到图1-3所示的Simulink控制系统仿真界面中,即可以得到一个增益模块(Gain)。

单击增益模块(Gain)下方的模块名称“Gain”,可以对其名称进行修改,双击增益模块(Gain),可以打开增益模块(Gain)的参数设置对话框如下图所示:新建按钮功能模块组列表功能模块增益值图1-4 增益模块(Gain)参数设置对话框增益模块(Gain)的功能为将输入值与增益值相乘,并将乘积输出,在对话框中可以对增益值Gain进行修改。

加(减)法模块(Sum)在图1-2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模块组列表中点击Math Operations 功能模块组,会在窗口右边出现对应的各功能模块,用鼠标选择其中的加(减)法模块(Sum)并按住左键将其拖到图1-3所示的Simulink控制系统仿真界面中,即可以得到一个加(减)法模块(Sum)。

双击加(减)法模块(Sum),可以打开加(减)法模块(Sum)的参数设置对话框如下图所示:模块形状下拉菜单运算符号图1-5 加(减)法模块(Sum)参数设置对话框加(减)法模块(Sum)的功能为对两个输入数值进行加(减)法运算,并将计算结果输出。

此模块在初始状态下对两个输入值进行加法运算,在参数设置对话框中把第二个“+”改为“-”,可以把模块切换到减法运算。

在运算符号框中增加新的“+”或“-”,可以使加(减)法模块(Sum)对多个输入值进行运算。

通过参数设置对话框中的模块形状下拉菜单,可以将加(减)法模块(Sum)的形状由默认的圆形改为矩形。

●积分运算模块(Integrator)在图1-2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模块组列表中点击Continuous功能模块组,会在窗口右边出现对应的各功能模块,用鼠标选择其中的积分运算模块(Integrator)并按住左键将其拖到图1-3所示的Simulink控制系统仿真界面中,即可以得到一个积分运算模块(Integrator),其功能为对输入值进行积分运算,并将计算结果输出。

●微分运算模块(Derivative)在图1-2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模块组列表中点击Continuous功能模块组,会在窗口右边出现对应的各功能模块,用鼠标选择其中的微分运算模块(Derivative)并按住左键将其拖到图1-3所示的Simulink控制系统仿真界面中,即可以得到一个微分运算模块(Derivative),其功能为对输入值进行微分运算,并将计算结果输出。

●一阶惯性环节仿真模块(Transfer Fcn)在图1-2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模块组列表中点击Continuous功能模块组,会在窗口右边出现对应的各功能模块,用鼠标选择其中的一阶惯性环节仿真模块(Transfer Fcn)并按住左键将其拖到图1-3所示的Simulink控制系统仿真界面中,即可以得到一个一阶惯性环节仿真模块(Transfer Fcn)。

双击一阶惯性环节仿真模块(Transfer Fcn),可以打开其参数设置对话框如下图所示:放大系数矩阵分母多项式系数矩阵图1-6 一阶惯性环节仿真模块(Transfer Fcn)参数设置对话框在参数设置对话框中,放大系数矩阵中的数值代表模块传递函数分子项的放大系数;分母多项式系数矩阵中第一个元素代表模块传递函数分母中s项的系数,第二个元素代表分母中的常数项,如将放大系数矩阵改为[0.5],将分母多项式系数矩阵改为[20 3],则修改后的一阶惯性环节仿真模块(Transfer Fcn)如下:●阶跃信号输出模块(Step)在图1-2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模块组列表中点击Sources功能模块组,会在窗口右边出现对应的各功能模块,用鼠标选择其中的阶跃信号输出模块(Step)并按住左键将其拖到图1-3所示的Simulink控制系统仿真界面中,即可得到阶跃信号输出模块(Step)。

双击阶跃信号输出模块(Step),可以打开其参数设置对话框如下图所示:阶跃信号发生时间阶跃信号初始值阶跃信号最终值图1-7阶跃信号输出模块(Step)参数设置对话框在参数设置对话框中,可以通过修改相应的数值,改变阶跃信号产生的时间、信号的初始值和最终值。

●响应曲线显示模块(Scope)在图1-2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模块组列表中点击Sinks功能模块组,会在窗口右边出现对应的各功能模块,用鼠标选择其中的响应曲线显示模块(Scope)并按住左键将其拖到图1-3所示的Simulink控制系统仿真界面中,即可得到一个响应曲线显示模块(Scope)。

双击响应曲线显示模块(Scope),可以打开其响应曲线显示器如下图所示:图1-8 响应曲线显示器在响应曲线显示器中,横坐标为仿真时间(默认的时间长度为10s),纵坐标为响应曲线的幅值,完成仿真后,在响应曲线显示器中将显示出控制系统的响应曲线,点击“放大镜按钮”可以自动以最佳比例显示响应曲线。

2、控制系统方框图的建立进行仿真实验前,需要将已经拖到图1-3所示的Simulink控制系统仿真界面中的各功能模块按一定顺序用信号线连接在一起,以建立控制系统的方框图。

●功能模块的连接任何一个功能模块均有一个或多个信号输入端或信号输出端,以一阶惯性环节仿真模块(Transfer Fcn)为例:1-9),按住左键拖动鼠标指针到另一个模块的信号输入端,当鼠标指针变为十字形时松开左键,即可以建立连接两个功能模块的信号线(图1-10),连接过程如下图所示:图1-9 图1-10●信号分支线在建立反馈回路或一个信号需要同时送往多个功能模块时,需要在信号线上引出分放大镜按钮信号输出端信号输入端支。

将鼠标指针放在信号线的合适位置(即分支引出点)点击右键,按住右键拖动鼠标指针,在需要转弯出松开右键,即出现一条带箭头的虚线(图1-11),鼠标指针放在虚线箭头处,此时鼠标指针变为十字形(图1-12),按住左键拖动鼠标指针到所需功能模块的信号输入端松开左键即可(图1-13),过程如下图所示:图1-11 图1-12 图1-133、控制系统的仿真在图1-3所示的Simulink控制系统仿真界面中建立了控制系统的方框图后,即可以对控制系统进行仿真。

以一个简单的单回路比例控制系统为例,首先在Simulink控制系统仿真界面中建立控制系统的方框图如下:仿真启动按钮图1-14 单回路比例控制系统方框图点击Simulink控制系统仿真界面中的Simulation下拉菜单,在下拉菜单中点击Configuration Parameters…仿真开始时间仿真结束时间图1-15 仿真参数设置对话框在仿真参数设置对话框中,通过修改仿真结束时间,可以设置仿真时间长度,本例中将结束时间设置为100s。

完成以上设置后,点击图1-14所示的Simulink控制系统仿真界面中的“仿真启动按钮”,开始对控制系统进行仿真,仿真结束后,双击方框图中的响应曲线显示模块(Scope),可以在打开的响应曲线显示器中显示出响应曲线,点击响应曲线显示器中的“放大镜按钮”得到如下图所示的响应曲线:图1-16 响应曲线三、实验原理本实验利用MATLAB软件中Simulink工具箱中的功能模块组成具有不同调节规律的单回路控制系统,并对其进行仿真研究,控制系统方框图如下图所示:调节器● 调节器(1)比例调节器(P ):将虚线框内积分系数Ki 增益模块和微分系数Kd 增益模块中的增益值Gain 均设为0,此时调节器为比例调节规律,其传递函数为:()1T p W s K δ== 式中: δ——比例带;p K ——比例系数(1p K =)。

(2)比例积分调节器(PI):将虚线框内微分系数Kd 增益模块中的增益值Gain 设为0,此时调节器为比例积分调节规律,其传递函数为:()111T p i i W s K K T s s δ=+=+ 式中: i T ——积分时间;i K ——积分系数(1i i K =)。

(3)比例积分微分调节器(PID):保留虚线框内的三个增益模块,此时调节器为比例积分微分调节规律,其传递函数为:()111T d p i d i W s T s K K K s T s s δ=++=++ 式中: d T ——微分时间;d K ——微分系数(d d K T =)。

● 被控对象在图1-17所示的单回路控制系统中,由三个一阶惯性环节仿真模块(TransferFcn1~ 被控对象内扰 外扰 图1-17 单回路控制系统方框图外扰通道 1 11Transfer Fcn3)串联组成一个三阶惯性被控对象,其传递函数为:()()31201W s s =+● 内扰 在图1-17所示的单回路控制系统中,采用阶跃信号输出模块作为内扰的扰动源,在阶跃信号输出模块(Step)的参数设置对话框中,可以设置内扰发生的时间和幅值。

● 外扰在图1-17所示的单回路控制系统中,采用阶跃信号输出模块作为外扰的扰动源,并采用三个一阶惯性环节仿真模块串联组成具有三阶惯性的外扰通道,其传递函数为:()()31301r W s s =+四、实验要求1、在MATLAB 软件的Simulink 工具箱中,打开一个Simulink 控制系统仿真界面,在其中建立如图1-17所示的单回路控制系统方框图。

2、在图1-17所示的单回路控制系统中,采用理论计算法对比例调节器(P)的比例带δ和比例系数p K 进行计算。

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