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实验三+调节器参数的影响共11页
实验三调节器参数(cānshù)整定及整定参数值对系统性能指标的影响
一、实验(shíyàn)目的:
1.掌握(zhǎngwò)PID控制参数的变化对系统性能指标的影响;
2.掌握PID调节器参数(cānshù)整定方法;
3.掌握根据过渡过程曲线调整P、I、D参数以达到最佳;
二、实验内容:
对如下图所示的单回路控制系统进行仿真:
X(S)Y(S)
-
进入仿真环境,建立如下仿真系统:
这是一个由二阶被控过程和PID调节器组成的仿真系统。
每个环节的参数可自行选定。
由于本实验主要研究PID参数的变化对控制系统的影响,所以对象的参数一经确定,在本实验中不要再变动。
对系统分别施加Stepinput给定值阶跃扰动和Step1input负荷扰动,调节PID参数,观察PID参数的变化对控制系统的影响。
建模具体步骤见实验二。
(一)给定值扰动:
设置给定值阶跃扰动Stepinput为某一值,设外部干扰Step1input为0,如下表所示:
Stepinput
Step1input
Steptime
1
1
Initialvalue
0
0
Finalvalue
C(C为常数)
0
如何修改见实验二。
逐一修改PID的三个参数,观察过渡过程曲线的变化。
双击模块出现如下对话框:
反复修改(xiūgǎi)P,I,D参数,记录每次变化所引起的过渡过程曲线的变化。
最终使过渡过程出现4:
1衰减振荡曲线。
(如图)
(二)负荷(fùhè)扰动
设置给定(ɡěidìnɡ)值阶跃扰动Stepinput为0,设外部(wàibù)干扰Step1input为某一值,如下(rúxià)表所示:
Stepinput
Step1input
Steptime
1
1
Initialvalue
0
0
Finalvalue
0
C(C为常数)
反复修改P,I,D参数,记录每次变化所引起的过渡过程曲线的变化。
最终使过渡过程出现4:
1衰减振荡曲线。
(如图)
(三)调节器参数整定
把仿真系统中对象的传递函数变为三阶或以上,分别用衰减曲线法和稳定边界法整定调节器参数。
三、实验分析:
1.分析实验中用到的PID各参数和课程中讲到的有什么不同?
课件中讲到的是完全理论性的,实际往往与理论不是完全相符,总有偏差,总有各种外部的干扰。
2.总结(zǒngjié)PID参数(cānshù)变化对控制质量的影响
当Kp,Ki和Kd在变化(biànhuà)±20%,±50%时,会引起系统其各方面性能变化较大,其中当参数增大时衰减率会减小,响应速度加快(jiākuài),但超调会有所增加,兼顾各方面性能,所选定参数综合性能良好。
比例参数Kp对系统的动态性能和稳态性能均有影响:
Kp增大,将使系统响应速度加快,调节时间加长;Kp太小则会使系统的响应速度太慢。
此外在系统稳定的前提下,加大Kp可以减少稳态误差,但不能消除稳态误差。
因此Kp主要作用是改变系统的动态性能。
积分对系统的性能也有很大影响,而且会影响到系统的稳定性,Ki过大,会造成系统不稳定,且振荡次数较多;积分环节最大的特点是可以消除稳态误差,提高系统的控制精度,但在仿真的过程中发现,当Ki太小时,积分控制作用太弱,不能消除残差。
微分参数Kd对系统的动态性能和稳态性能也均有影响:
微分环节的加入,可以在误差出现或变化瞬间,按偏差变化的趋向进行控制。
它引进一个早期的修正作用,有助于增加系统的稳定性。
Kd增大即微分作用的增强还可以改善系统的动态特性,如可以明显减少超调量,缩短调节时间等,提高控制精度。
但Kd值偏大都会适得其反。
此外微分作用可能会放大系统的噪声,降低系统的抗干扰能力。
3.说明PID调节器参数整定过程。
确定参数、设计控制器、阀选取、测量变送
实验四单回路控制系统设计
一、目的
1测试系统性能指标
当给定值或对象介质阶跃扰动时,掌握测试控制系统的过渡过程曲线方法并计算其性能指标。
2PID的参数影响
测试并分析不良的P、I、D参数对控制系统性能指标的影响,掌握人工整定PID参数的方法。
3调节器的使用
熟悉调节器的参数设置和手动、自动的操作方法。
二、实验装置和设备
(1)QXLPC-IV型小型过程控制实验装置,(如图1所示)。
(2)S7200系列PLC(主机CPU222CN8点input,6点output;扩展单元EM2354AI,1AO)。
(3)执行器:
MICROMASTER420型变频器以及160Q-8F磁动泵;晶闸管SCR。
(4)压力变送器、液位变送器、Pt100铂电阻和数显温度变送仪、涡轮流量计和数显流量变送仪。
(5)QXLPC-IV型小型过程控制实验装置。
(6)安装(ānzhuāng)有软件STEP7-MicroWIN的PC机。
三、内容(nèiróng)与步骤
1.按对应的流程图的要求接线,对外围设备进行(jìnxíng)选择。
用变频器作执行器去控制液位时,出水手阀V22应开启一半左右;而控制压力、流量时,出水阀V22应全开。
电磁阀VD1不通电处于关闭状态;并联手筏V1应开启(V1和VD1至少有一个开启才能启动(qǐdòng)泵)。
若实验中要用VD1进行对象扰动,则开关量选择开关置于PLC,VD1的并联手阀VI开启一半左右。
没有温度调节的实验,不要接通“加热”开关!
若要做温度调节实验,要等锅炉水位>100mm(20%)后才能接通“加热”开关。
2.PG/PC接口设置
1)双击指令树“设置PG/PC接口”图标,在打开的对话框中设置编程计算机的“PC/PPICable(PPI)”的属性。
设地址为2其它的选择默认设置,本地连接采用COM1端口。
2)双击指令树文件夹“通信”图标,双击刷新设备后,程序软件将会自动搜索连接在网络上的S7-200,之后选择所显示的S7-200,建立PC机与PLC之间的连接。
3.将“全部实验”下载到PLC中并开始运行,且关闭该界面。
4.接通操作台的电源,1分钟后将变频器的使能开关从“0”切到“1”,水泵启动,调节变频器内给定电位器,观察调节仪或电脑的压力测量值,使压力值在合适的范围内。
此后可进行实验操作(略)。
5.打开组态王
首先在桌面上双击组态王的图标,在跳出的如下界面中选择运行。
鼠标点击进入系统(xìtǒng),在下面的界面中选择实验四。
注意:
在选择实验(shíyàn)前请先确认接线和外围设备的选择是否正确!
5.在跳出的界面中先进行(jìnxíng)手动调节
当PV值到达需要给定的值10%附近的时候点手动切换(qiēhuàn)到自动模式.
要求(yāoqiú)
(一):
调节器投入自动并分别(fēnbié)进行给定值的正、反向阶跃扰动,同步记录自动(闭环)系统中的被调参数——液位的过渡过程(guòchéng)曲线,分别求解(qiújiě)系统的时域类性能指标:
(1)衰减比n=Y1/Y3,
(2)超调量σ=Y1/Y(∞)*100%,(3)残余偏差e(∞)=SV—PV(∞),(4)调节时间ts。
要求
(二):
修改P、I、D参数,使输出尽可能成为4:
1衰减曲线。
6.曲线显示
参数修改:
30.60.55
加扰动中间曲线(qūxiàn)起伏
改参数(cānshù):
510.055
也可以打开表格,来直接(zhíjiē)分析曲线
A列表示在X轴上的坐标(zuòbiāo)(单位:
秒),B列表示曲线在Y轴上的坐标,Index=0表示第一条曲线,Index=1表示第二条曲线,依次类推。
七、参考资料
[1]施仁.自动化仪表与过程控制[M].电子工业(gōngyè)出版社.北京.2011
[2]被控(bèikònɡ)对象数学模型的实验测定实验指导书。
内容摘要
(1)实验三调节器参数整定及整定参数值对系统性能指标的影响
实验目的:
掌握PID控制参数的变化对系统性能指标的影响
(2)课件中讲到的是完全理论性的,实际往往与理论不是完全相符,总有偏差,总有各种外部的干扰
(3)积分环节最大的特点是可以消除稳态误差,提高系统的控制精度,但在仿真的过程中发现,当Ki太小时,积分控制作用太弱,不能消除残差
(4)它引进一个早期的修正作用,有助于增加系统的稳定性
(5)Kd增大即微分作用的增强还可以改善系统的动态特性,如可以明显减少超调量,缩短调节时间等,提高控制精度
(6)3调节器的使用
熟悉调节器的参数设置和手动、自动的操作方法
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- 实验 调节器 参数 影响 11