單回路控制系統(tǒng)整定

單回路限制系統(tǒng)整定一、試驗?zāi)康鸟{馭動態(tài)建模的創(chuàng)立方法。駕馭單回路限制系統(tǒng)的理論整定方法和工程整定方法。了解調(diào)整器參數(shù)對限制品質(zhì)的影響。.熟悉限制線性系統(tǒng)仿真常用根本模塊的用法二、試驗儀器計算機(jī)一臺、MATLAB軟件三、試驗內(nèi)容：用SIMULINK建立被控對象的傳遞函數(shù)為，系統(tǒng)輸入為單位階躍，接受PID限制器進(jìn)展閉環(huán)調(diào)整。①練習(xí)模塊、連線的操作，并將仿真時間定為300秒，其余用缺省值；②試用穩(wěn)定邊界法和衰減曲線法設(shè)置出相宜的PID參數(shù)，得出滿意的響應(yīng)曲線。③設(shè)計M文件在一個窗口中繪制出系統(tǒng)輸入和輸出的曲線，并加圖解。四、試驗原理.PID〔比例-積分-微分〕限制器是目前在實際工程中應(yīng)用最為廣泛的一種限制策略。PID算法簡潔管用，不要求受控對象的精確數(shù)學(xué)模型。．模擬PID限制器典型的PID限制構(gòu)造如下圖。比例比例積分微分對象模型PID限制器r(t)y(t)u(t)e(t).PID限制規(guī)律寫成傳遞函數(shù)的形式為式中，為比例系數(shù)；為積分系數(shù)；為微分系數(shù)；為積分時間常數(shù)；為微分時間常數(shù)；簡潔來說，PID限制各校正環(huán)節(jié)的作用如下：〔1〕比例環(huán)節(jié)：成比例地反映限制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產(chǎn)生，限制器立刻產(chǎn)生限制作用，以削減偏差?！?〕積分環(huán)節(jié)：主要用于消退靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之那么越強(qiáng)?！?〕微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號的變更趨勢〔變更速率〕，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，削減調(diào)整時間。五、試驗步驟 〔1〕啟動計算機(jī)，運行MATLAB應(yīng)用程序。 〔2〕在MATLAB叮囑窗口輸入Smulink,啟動Simulink?！?〕在Simulink庫閱讀窗口中，單擊工具欄中的新建窗口快捷按鈕或在Simulink庫窗口中選擇菜單叮囑FileNewModeel,翻開一個標(biāo)題為“Untitled”的空白模型編輯窗口?！?〕用鼠標(biāo)雙擊信號源模塊庫〔Source〕圖標(biāo)，翻開信號源模塊庫，將光標(biāo)移動到階躍信號模塊〔Step〕的圖標(biāo)上，按住鼠標(biāo)左鍵，將其拖放到空白模型編輯窗口中。用鼠標(biāo)雙擊附加模塊庫〔SimulinkExtra〕圖標(biāo)，翻開AdditionalLiner模塊庫，將光標(biāo)移動到PIDConttroller圖標(biāo)上，按住鼠標(biāo)左鍵，將其拖放到空白模型編輯窗口中?！?用同樣的方法從數(shù)學(xué)運算模塊庫(MathOperations)、連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(Continuous)和承受模塊庫(Sinks)中，中把傳遞函數(shù)模塊(TransferFcn)、示波器模塊(Scope)和加法器模塊〔〕Sum〕拖放到空白模型編輯窗口中?！?〕用鼠標(biāo)單擊一個模塊的輸出端口并用鼠標(biāo)拖放到另一模塊的輸入端口，完成模塊間的連接，假設(shè)須要畫支線時，把光標(biāo)移到有向線段隨意點處，按下“Ctrl”鍵同時按下鼠標(biāo)左鍵，拖動鼠標(biāo)到所需模塊?！?〕構(gòu)造圖1所示的單回路反應(yīng)系統(tǒng)的仿真模型，其中限制對象由子系統(tǒng)創(chuàng)立，如圖2圖1圖2示，創(chuàng)立子系統(tǒng)的方法是：用鼠標(biāo)選定待構(gòu)成子系統(tǒng)的各個模塊，包括它們之間的連接線，單擊鼠標(biāo)右鍵再單擊CreateSubsystem即可?！?〕設(shè)調(diào)整器為比例調(diào)整器，對象傳遞函數(shù)為：(其中)，用廣義頻率特性法按衰減率0.75計算調(diào)整器的參數(shù)；依據(jù)計算結(jié)果設(shè)置PID調(diào)整器的參數(shù)，啟動仿真，通過示波器模塊觀測并記錄系統(tǒng)輸出的變更曲線?！?〕用響應(yīng)曲線法整定調(diào)整器的參數(shù)。①求出對象的階躍響應(yīng)曲線。②依據(jù)響應(yīng)曲線求取對象的動態(tài)特性參數(shù)。③按表1計算調(diào)整器的參數(shù)，并依據(jù)計算結(jié)果設(shè)置PID調(diào)整器的參數(shù)。④啟動仿真，通過示波器模塊觀測并記錄系統(tǒng)輸出的變更曲線?！?0〕用臨界曲線法整定調(diào)整器參數(shù)。①先將調(diào)整器改成純比例作用〔使〕，并將比例增益置于較小的數(shù)值，然后將系統(tǒng)投入閉環(huán)運行。啟動仿真，通過示波器模塊觀測并記錄系統(tǒng)輸出的變更曲線。慢慢增加比例增益，觀測不同比例增益下的調(diào)整過程，直到調(diào)整過程出現(xiàn)等幅振蕩為止，記錄此時的比例帶和系統(tǒng)的臨界振蕩周期。②依據(jù)求得的和，由表2可求得調(diào)整器的整定參數(shù)。③將調(diào)整器參數(shù)設(shè)置好，作系統(tǒng)的定值階躍擾動試驗，觀測限制過程，并依據(jù)響應(yīng)曲線適當(dāng)修改整定參數(shù)?！?1〕用衰減曲線法整定調(diào)整器參數(shù)。①先將調(diào)整器改成純比例作用，并將比例增益置于較小的數(shù)值，然后將系統(tǒng)投入閉環(huán)運行。啟動仿真，通過示波器模塊觀測并記錄系統(tǒng)輸出的變更曲線。慢慢增加比例增益，觀測不同比例②增益下的調(diào)整過程，直到調(diào)整過程出現(xiàn)衰減率為0.75的振蕩為止，記錄此時的比例帶和系統(tǒng)的臨界振蕩周期。由表3可求得調(diào)整器的整定參數(shù)。將調(diào)整器參數(shù)設(shè)置好，作系統(tǒng)的定值階躍擾動試驗，觀測限制過程，適當(dāng)修改整定參數(shù)，直到限制過程滿意為止。表4-3臨界曲線法整定參數(shù)計算表限制規(guī)律調(diào)整器參數(shù)P2PI2.20.85PID1.670.5表4-4衰減曲線法整定參數(shù)計算表限制規(guī)律調(diào)整器參數(shù)P2PI1.20.5PID0.80.30.1六、試驗曲線及數(shù)據(jù)處理、，1〕臨界曲線法將調(diào)整器改成純比例積分，即=0，=0。調(diào)整到出現(xiàn)等幅震蕩，此時。如圖3。圖3由圖可知==0.25，又由臨界曲線法整定參數(shù)計算表及以下公式關(guān)系，，得到調(diào)整器的參數(shù)：=2.4，=0.0727，=19.8修改PID參數(shù)得到的曲線圖4圖4(2)衰減曲線法將調(diào)整器改成純比例積分，=0，=0。調(diào)整直到調(diào)整過程衰減率為0.75的震蕩為止，此時。如圖5圖5由圖可知=0.535，=78s由衰減曲線法整定參數(shù)計算表及以下公式關(guān)系，，得到調(diào)整器的參數(shù)：=2.33，=0.09996，=18.174修改PID參數(shù)得到的曲線圖6圖6七、試驗總結(jié)1、P限制規(guī)律限制剛好但不能消退余差，I限制規(guī)律能消退余差但限制不剛好且一般不單獨運用，D限制規(guī)律限制很剛好但存在余差且不能單獨運用。2、比例系數(shù)越小，過渡過程越平緩，穩(wěn)態(tài)誤差越大；反之，過渡過程振蕩越猛烈，穩(wěn)態(tài)誤差越??；假設(shè)Kp過大，那么可能導(dǎo)致發(fā)散振蕩。Ti越大，積分作用越弱，過渡過程越平緩，消退穩(wěn)態(tài)誤差越慢；反之，過渡過程振蕩越猛烈，消退穩(wěn)態(tài)誤差越快。Td越大，微分作用越強(qiáng)，過渡過程趨于穩(wěn)定，最大偏差越??；但Td過大，那么會增加過渡過程的波動程度。3、。PID