大延迟过程PID参数整定.docVIP

上海电力学院课程设计报告 课名：控制原理应用实践 题目：大延迟过程的PID参数整定 院系：自动化工程学院 专业：自动化 班级： 姓名： 学号： 时间：2014年1月09日 一、设计内容及要求 1、设计内容 已知PID控制系统受控对象的传递函数为，当时，求PID控制器的参数，要求系统到达稳定时间快，稳态误差小，最大超调量小。 2、设计要求 1）绘制Simulink系统仿真模型； 2）根据Z-N法中，时PID参数的公式推出是PID的大致规律； 3）使用经验法代入仿真模型中确定PID参数范围； 4）根据代入不同数值得出的衰减震荡的阶跃响应曲线进一步确定PID参数范围； 5）大致推导出时PID各参数的公式； 6）利用仿真软件辅助分析设计，并验算公式的使用范围； 7）根据Matlab得出的实验结果，微调时PID各参数公式，进一步完善上述公式； 8）设计完成后提交设计报告； 二、参考资料 [1]《自动控制原理》教材； [2]《自动控制原理实验指导书》； [3] Matlab相关书籍； 一、 延迟过程的相关设计 当传递函数，当的值很大时，系统趋于稳定的时间将会增加，导致整个系统比较难控，因此需要使用PID参数整定调节大延迟系统，使系统更加稳定，加大其可控性。 1、设计延迟过程的模拟图形 设计一个大延迟过程的传递函数,取K=1,T=1, =10,得如下传递函数，模拟图形如下图1所示： 图1 2、 绘制延迟系统的响应曲线 由上图所示的模拟图形绘制出如下图2的衰减震荡的阶跃响应曲线。 图2 二、 Matlab仿真软件辅助分析设计 MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink 图3 图4 PID参数整定 1、PID的相关知识 比例-积分-微分（PID）控制器是在工业过程控制中最常见的一种控制装置，它广泛应用于化工、冶金、机械、热工和电力等工业过程控制系统中。PID的基本控制作用有：比例作用提供基本的反馈控制；积分作用用于消除稳态误差；微分作用可以预测将来的误差变化以减小动态偏差。PID控制器特别适用于过程的动态特性是线性的而且控制性要求不高的场合 2、PID参数整定的推导 根据Z-N法中给出的，，，。 根据Z-N法中给出的时PID参数的计算公式， ，，。 将K=1,T=1;tao=3代入上述两组公式中，Kp1=0.39，Ti1=6；Td1=1.5；Kp2=0.48,Ti2=1.38,Td2=0.75。 通过比较可知Kp增大，Ti和Td均减小。同时比较上述两个公式，初步推断，，原推断Kp值将会增大，然而分析迟延系统特性可以得出，当Kp增大时，系统达到稳定的时间将会变大，最大超调量也会增大，所以猜测Kp将会减小，根据经验法代入得出Kp=0.12时系统各项参数都较为稳定，因此初步推断。 经过进一步调整，发现当值相对较小（3-7）时适当的在分子分母的上分别减去和加上某数值可以使调整后系统更优，当值变大时，此调整已无限接近于1，几乎不对Kp造成影响，所以得出 3、 PID参数范围的确定 序号 K T Kp Ti Td 是否收敛 1 1 1 3 0.069 0.7 0.3 是 2 1 1 10 0.103 1.4 1 是 3 1 1 50 0.116 5.4 5 是 4 1 1 87 0.118 9.1 8.7 是 5 1 1 88 0.118 9.2 8.8 否 6 1 10 100 0.103 14 10 是 7 1 50 500 0.103 70 50 是 8 1 10 30 0.069 7 3 是 9 1 50 150 0.069 35 15 是 10 5 1 10 0.021 1.4 1 是 11 5 10 100 0.021 14 10 是 12 50 10 100 0.0021 14 10 是 根据序号1-5可知，系统在时收敛