單回路自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定

1、實(shí)驗(yàn)三 單回路自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康腶) 熟悉單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定方法；b) 了解調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)下列調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，先根據(jù)調(diào)節(jié)對(duì)象估算出調(diào)節(jié)器各參數(shù)（、ti、td）的值，再觀察各參數(shù)值的變化對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響。調(diào)節(jié)對(duì)象的參數(shù)可自行選取，例如可選t0=10，n= 4或5。進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，當(dāng)需要顯示多條仿真曲線時(shí)可采用如下所示的仿真框圖：其中，pid模塊可以從simulink extras |additional linear圖形子庫中提取。該模塊傳遞函數(shù)或者我們自己可以構(gòu)建這個(gè)功能模塊，如下所示：單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定方法主要有臨界比例帶法、圖表整定法和衰減曲線法

2、等，下面介紹其中兩種，可任選其中一種方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。1臨界比例帶法 臨界比例帶法是在純比例作用下將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，不斷改變比例帶的數(shù)值使調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩，并記錄對(duì)應(yīng)的臨界比例帶c和臨界振蕩周期tc。然后根據(jù)c和tc得到系統(tǒng)所希望的衰減率時(shí)的其它整定參數(shù)。具體整定步驟如下：（1）設(shè)置調(diào)節(jié)器整定參數(shù)ti，td=0，置于較大的數(shù)值后，將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行。（2）系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，適量減小比例帶的數(shù)值并施加階躍擾動(dòng)，觀察被調(diào)量的變化，直到出現(xiàn)等幅振蕩為止。記錄此時(shí)的臨界比例帶c和臨界振蕩周期tc。（3）根據(jù)臨界比例帶c和臨界振蕩周期tc，調(diào)節(jié)器中的整定參數(shù)可按下式計(jì)算：（i） p調(diào)節(jié)器：2c ；（ii

3、） pi調(diào)節(jié)器：2.2c，ti0.85tc ；（iii） pid調(diào)節(jié)器：1.67c，ti0.5tc ；td0.25ti 。所列的計(jì)算公式是按衰減率=0.75時(shí)為依據(jù)的。根據(jù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用不同的調(diào)節(jié)器類型，選用不同的計(jì)算公式，求出整定參數(shù)。（4）將計(jì)算出的各整定參數(shù)值設(shè)置到調(diào)節(jié)器中，對(duì)系統(tǒng)作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察被調(diào)量的階躍響應(yīng)，適當(dāng)修改各整定參數(shù)，直到滿意為止。2圖表整定法圖表整定法是通過被調(diào)對(duì)象階躍響應(yīng)曲線的特征參數(shù)，經(jīng)查圖表求取調(diào)節(jié)器各整定參數(shù)的。它適用于典型的多容熱工被調(diào)對(duì)象，圖表見附表1和附表2。采用圖表整定法首先對(duì)被調(diào)對(duì)象作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，記錄階躍響應(yīng)曲線，求取階躍響應(yīng)曲線上的特征參數(shù)：自平

4、衡率、飛升速度、遲延時(shí)間和時(shí)間常數(shù)tc,然后通過附表1或附表2的計(jì)算公式計(jì)算調(diào)節(jié)器的各整定參數(shù)。表中的計(jì)算公式是依據(jù)衰減率=0.75制定的，若需要得到其它衰減率數(shù)值，計(jì)算公式要進(jìn)行修正。表中的計(jì)算公式適用于階數(shù)較高的被調(diào)對(duì)象，對(duì)于一階和二階的被調(diào)對(duì)象，計(jì)算得到整定參數(shù)投入運(yùn)行后將具有較大的衰減率（0.75）。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果（1）根據(jù)整定法求得p調(diào)節(jié)器：= 0.5pi調(diào)節(jié)器：= 0.55 ； ti = 82.45 pid調(diào)節(jié)器：= 0.4175 ； ti = 48.5 td = 12.125 利用計(jì)算得到的調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行仿真仿真曲線（p、pi、pid對(duì)應(yīng)的三條曲線）：性能指標(biāo)：p調(diào)節(jié)器：衰減率 =

5、（m1-m3）/m1=(0.971-0.762)/（0.971-0.667）=0.685 超調(diào)量 mp=（ymax-y）/y=(0.971-0.667)/0.667=0.456 動(dòng)態(tài)偏差emax=0.971-1=-0.029 靜態(tài)偏差e=0.667-1=0.333 峰值時(shí)間tp=65s, 調(diào)節(jié)時(shí)間ts=257spi調(diào)節(jié)器：衰減率 =（m1-m3）/m1=(1.261-1.084)/（1.26-1）=0.677 超調(diào)量 mp=（ymax-y）/y=(1.261-1)/1=0.261 動(dòng)態(tài)偏差emax=1.261-1=-0.261 靜態(tài)偏差e=1-1=0 峰值時(shí)間tp=82s, 調(diào)節(jié)時(shí)間ts=28

6、5spid調(diào)節(jié)器：衰減率 =（m1-m3）/m1=(1.352-1.072)/（1.352-1）=0.795 超調(diào)量 mp=（ymax-y）/y=(1.352-1)/1=0.352 動(dòng)態(tài)偏差emax=1.352-1=0.352 靜態(tài)偏差e=1-1=1峰值時(shí)間tp=79s, 調(diào)節(jié)時(shí)間ts=210s（2）改變pid調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行仿真（i）保持ti 、td不變，改變 ：1/=2, 1/ =2.4, 1/=4仿真曲線（至少三條）：（ii）保持、td不變，改變ti ：1/ti1=2; 1/ti2=2.4; 1/ti3=4仿真曲線（至少三條）：（iv） 保持、ti不變，改變td ： td1=5, td2=

7、12.125, td3=25仿真曲線（至少三條）：四、實(shí)驗(yàn)小結(jié) p調(diào)節(jié)器： 從調(diào)節(jié)過程中可知，增大，會(huì)使衰減加快，振蕩減弱，但是靜態(tài)偏差會(huì)加大，調(diào)節(jié)作用變小。所以，應(yīng)在保證系統(tǒng)的穩(wěn)定下選擇適當(dāng)?shù)乃p率。 pi調(diào)節(jié)器：從調(diào)節(jié)中可以發(fā)現(xiàn)，無論怎么調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的靜態(tài)偏差都為0。當(dāng)積分時(shí)間減小，消除靜態(tài)偏差的能力就越強(qiáng)，積分時(shí)間變大，會(huì)使振蕩加劇，衰減率下降。 pid調(diào)節(jié)器：通過微調(diào)，可以改變動(dòng)態(tài)品質(zhì)，使衰減率增加。從這次試驗(yàn)，我對(duì)p、pi、pid調(diào)節(jié)器的特性有了更加的理解。這也解決了我在自動(dòng)調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)中的很多疑點(diǎn)，以后要更加深入的學(xué)習(xí)此軟件。實(shí)驗(yàn)四 三沖量雙回路汽包給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 學(xué)會(huì)

8、復(fù)雜系統(tǒng)的分析整定；2 熟悉汽包給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)整定的步驟；3 了解pi調(diào)節(jié)器參數(shù)及分流系數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容汽包給水三沖量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖，如下所示。圖中，h、d、w分別為汽包水位、蒸汽流量和給水流量；go1(s)、go2(s)分別為給水流量和蒸汽流量對(duì)汽包水位的傳遞函數(shù)：， ；d、w、h分別為蒸汽流量d、給水流量w和汽包水位h測(cè)量變送器的傳遞系數(shù)，dw0.083，h0.033；d、w分別為蒸汽流量和給水流量的分流系數(shù)，dw0.21；kz、ku分別為執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門的特性系數(shù)，kz10，ku2。要求分別對(duì)三沖量汽包給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的內(nèi)外回路進(jìn)行整定，并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。系統(tǒng)中存在內(nèi)

9、、外兩個(gè)閉合回路。內(nèi)回路是由給水流量信號(hào)w局部反饋構(gòu)成，外回路是由汽包水位信號(hào)h反饋到系統(tǒng)調(diào)節(jié)器輸入端構(gòu)成的。蒸汽流量信號(hào)d只是引入的前饋信號(hào)，在系統(tǒng)中該信號(hào)并沒有形成閉合回路，前饋調(diào)節(jié)不會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在整定調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，只需要對(duì)兩個(gè)閉合回路進(jìn)行穩(wěn)定性的分析。整定的具體步驟如下：1內(nèi)回路的整定內(nèi)回路方框圖如下所示。內(nèi)回路系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 在內(nèi)回路中有三個(gè)可以改變的參數(shù)：比例帶、積分時(shí)間ti和給水流量側(cè)的分流系數(shù)w，可以把w歸納到調(diào)節(jié)器中構(gòu)成一個(gè)等效調(diào)節(jié)器，等效調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為等效調(diào)節(jié)器的等效比例帶為 在整定內(nèi)回路時(shí)，先對(duì)w任意選取一個(gè)數(shù)值（如：w =1），然后通過試驗(yàn)來改變和ti的值

10、，一般取ti為5-10秒，再調(diào)整值直到滿意為止，即把內(nèi)回路整定為一個(gè)能迅速消除自發(fā)性內(nèi)部擾動(dòng)的快速隨動(dòng)系統(tǒng)。整定得到的結(jié)果是ti數(shù)值和/w的比值，整定時(shí)w只是一個(gè)任意選取的值，在整定外回路時(shí)w是一個(gè)唯一的整定參數(shù)，一旦w有了確定的數(shù)值后，也要隨之改變，以保證/w比值不變（即：內(nèi)回路特性不因?yàn)閣的改變而改變）。2外回路的整定調(diào)節(jié)器參數(shù)可以設(shè)置得較小，使內(nèi)回路成為快速隨動(dòng)系統(tǒng)，即：或 。去除不影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的前饋信號(hào)通道，可得到外回路系統(tǒng)方框圖，如下所示。外回路已可以看作是一個(gè)單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可采用整定單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方法來整定外回路。內(nèi)回路在外回路中相當(dāng)于處在調(diào)節(jié)器的位置，因此，外回路調(diào)節(jié)器

11、的傳遞函數(shù)為：外回路的調(diào)節(jié)器實(shí)際上是一個(gè)比例調(diào)節(jié)器,它的等效比例帶為因?yàn)槭且粋€(gè)確定的常數(shù)，所以外回路的穩(wěn)定性及其它性能完全由來決定。整定外回路時(shí)，可采用工程整定法來整定參數(shù)，得到值。如果利用圖表法整定，首先通過試驗(yàn)獲得廣義被調(diào)對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線（廣義被調(diào)對(duì)象的輸入信號(hào)為給水流量w，輸出信號(hào)是水位側(cè)差壓變送器的輸出值）。求得和的數(shù)值，查圖表求取整定參數(shù)?？汕蟪?根據(jù)外回路整定得到的值，可求出調(diào)節(jié)系統(tǒng)比例積分調(diào)節(jié)器中的比例帶值。3蒸汽流量側(cè)的選擇要使靜態(tài)偏差為零，靜態(tài)時(shí)必須滿足id=iw，即：在正常運(yùn)行時(shí)，可認(rèn)為d=w，d=w，則有d=w因此，為了克服靜態(tài)偏差，蒸汽流量側(cè)分流器的分流系數(shù)d必須等于

12、給水流量側(cè)分流器的分流系數(shù)w。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、內(nèi)回路：（1）整定得：ti 6 /w= 0.015 （2）仿真曲線：2、外回路：（1）整定得： w = 0.3 = 20 d = 0.3 （2）仿真曲線：（3）性能指標(biāo)： 衰減率 =（m1-m3）/m1=(37-31)/（37-30）=0.857 超調(diào)量 mp=（ymax-y）/y=(37-31)/30=0.2 動(dòng)態(tài)偏差emax=37-1=36 靜態(tài)偏差e=30-1=29 峰值時(shí)間tp=83s, 調(diào)節(jié)時(shí)間ts=215s3、整個(gè)回路的系統(tǒng)整定和微調(diào) （1）w為輸入信號(hào)，仿真曲線如下性能指標(biāo)：衰減率 =（m1-m3）/m1=(10.5-0.7)/（10.5-0）=0.93 動(dòng)態(tài)偏差emax=10.5-1=9.5 靜態(tài)偏差e=0-1=-1 峰值時(shí)間tp=46s, 調(diào)節(jié)時(shí)間ts=249sh為輸入信號(hào)，仿真曲線如下性能指標(biāo)衰減率 =（m1-m3）/m1=(37-31)/（37-30）=0.857 超調(diào)量 mp=（ymax-y）/y=(37-31)/30=0.2 動(dòng)態(tài)偏差emax=37-1=36 靜態(tài)偏差e=30-1=29 峰值時(shí)間tp=90s, 調(diào)節(jié)時(shí)間ts=200sd為輸入信號(hào)，仿真曲線如下性能指標(biāo)衰減率 =（m1-m3）/m1=(1.8-0.2)/（1.8-0）=0.889 動(dòng)態(tài)偏差emax=1.8-1=0.8 靜態(tài)偏差e=