自动化PID整定作业

分别用临界比例度法、衰减振荡法、反应曲线法整定P，PI控制器参数实验PID的参数整定及参数变化对系统的影响综合实验一、实验目的：1、掌握PID各校正环节的作用2、确定给定的系统PID的初始参数3、通过实验了解PID参数的变化对系统的影响二、实验原理（一）PID调节器的输入输出关系：式中：为调节器的输出；为误差输入；为比例增益；为积分时间；为微分时间（二）PID各校正环节的作用在模拟系统中，调节器最常用的调节规律是PID调节。常规PID调节系统一般由PID调节器和被控对象组成，其原理图如下：PID调节是线性控制，将偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）通过线性组合构成调节量，对被控对象进行控制。PID调节器各校正环节的作用如下：1、比例环节：及时成比例地反映调节系统的偏差信号，偏差一产生，调节器立即产生调节作用，以减少偏差。2、积分环节：主要是为了消除系统的余差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数，越大，积分作用越弱，反之则越强。3、微分环节：能反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得太大之前，引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。（三）PID参数的变化对系统的影响一般情况下，PID调节器本着稳、准、快的控制原则须对三个参数进行初始设定，同时考虑对象特性的多样性，控制指标的不同进行整定、优化才能取得满意效果。在PID调节参数中，比例系数KP增大，会使调节阀的动作灵敏，运行速度加快。缺点是存在静差。在系统稳定的情况下，增大KP值，有利于减小稳态误差，提高控制精度。但随着KP增大，系统响应过程中的振荡次数会增多，调节时间加长。当KP值太大时，系统将趋于不稳定；若太小，会减低系统的响应速度。引入积分的目的是为了消除静差，提高精度。但积分时间TI太小，在过程的启动、结束或大幅度增减设定值时，短时间内系统输出有很大的偏差，会造成PID运算的积分积累，致使控制量超出极限控制量，最终引起系统较大的超调，甚至造成系统振荡。积分时间TI太大时，积分作用对系统的性能影响减小，不利于消除系统稳态误差，难以获得较高的控制精度。微分环节的引入，改善了系统的动态特性，对干扰特别敏感。但微分时间TD偏大或偏小时，都会使超调量增大，调节时间加长。（四）PID参数确定的方法在选择了调节规律及相应的调节器后，就要进行PID初始参数的确定。常采用的方法有临界比例度法（又称稳定边界法）、反应曲线法、衰减曲线法、仪表参数自整定法。1、临界比例度法：调节规律采用纯比例，不断增加K，使调节系统的被调参数作等幅振荡（即达到稳定边界）时，测量出比例放大系数Km或临界比例度Pm以及振荡周期Tm，然后，按经验数据求出初始参数。临界比例度法的调节器经验数据表调节规律参数pTITDP2PmPI2.2Pm0.85TmPID1.7Pm0.5Tm0.13Tm2、反应曲线法：反应曲线法：要确定调节器的参数应先测定对象的动态特性，即对象输入量作单位阶跃变化时被调量的反应曲线，即飞升曲线。根据飞升曲线可得到等效滞后时间τ、等效时间常数T、广义对象的放大系数K。再按下表经验数据求出初始参数。反应曲线法的调节器经验数据表调节规律P（%）TITDPKτ/TPI1.1Kτ/T3.3τPID0.85Kτ/T2τ0.5τ3、衰减曲线法：衰减曲线法：是参数整定要求达到衰减率为0.75的过程。先把调节规律采用纯比例（TI=∞，TD=0），观察调节过程的衰减比，通过改变比例度，使衰减比达到规定的0.75为止。记下此时的比例度PS和周期TS。然后，按经验数据得出初始参数。衰减曲线法的调节器经验数据表4、仪表参数自整定法：现在许多仪表都带有自整定功能，利用此功能可以方便的整定出，PID参数。但是不是所有都会满足需要，有时可以在此基础上做修改，从而达到最佳效果。三、实验内容：1、通过临界比例度法确定PID参数：1、将流量调节系统的调节规律社为纯比例，不断增加K，使调节系统的被调参数（流量）作等幅振荡（即达到稳定边界）。记录此时的比例度P和振荡周期Tm。2、在给SDC31调节器通电在基本显示状态下，同时按ENT键和○▲键3秒；按○▼键显示PID；按ENT键显示P读取比例度读数；按ENT键，进入比例度的设置；按键○▲键修改比例度到合适的值。按ENT键，确定。3、按DISP键退出设置。运行系统，观察曲线。临界比例度法确定PID参数临界比例度P振荡周期Tm调节规律P（%）TITDPPIPID2、仪表参数自整定确定PID参数：先给SDC31调节器的供电，在AUTO和RUN下，启动自整定功能。（1、）进入基本显示状态，按DISP键。（2、）进入At(自整定)显示，按MODE键多次，直到显示At显示，再按ENT键。（3、）改变设定值：按○▲键使0变为1.（4、）确定改变设定值：按ENT键；AtLED灯开始闪动，自整定功能启动；（5、）恢复基本显示状态：按DISP键，当自整定完成后，AtLED灯熄灭。PID参数自动地写入仪表中。（6、）读取PID参数。同时按ENT键和○▲键3秒；按○▼键显示PID；按ENT键显示P读取比例度读数；按○▼键显示I,读取读数；按○▼键显示D,读取读数，填入相应表格。调节规律P（%）TITDPPSPI1.2PS0.85TSPID0.8PS0.3TS0.1TS自整定法确定PID参数比例度积分时间微分时间3、纯比例和比例积分条件下的PID控制运行流量控制系统，调节规律采用纯比例。将上面整定的比例度输入到调节器，稍作修改。待系统稳定，记录比例度以及余差量。再加积分加入，使余差消除。并记录此时的积分时间。四、问题与解答：1、已知某比例式气动调节器量程为100～200℃，当指针从140℃变化到160℃时，输出从0.5㎏/㎝2变到0.7㎏/㎝2，输出范围为0～1㎏/㎝2求比例度δ；若仪表的量程和输入变化量维持不变，问比例度为多少时，输出作全范围变化？2、当调节器的输入偏差信号e的波形如图所示变化周期等于积分时间，比例度为50%，分别画出调节器的比例、积分、比例微分输出的波形。3、试说明下列情况下，调节器的调节作用是增强还是减弱？比例微分调节器，保持比例度不变，微分时间由15秒上升到30秒。比例积分调节器，保持积分时间不变，比例度由20%上升到40%。一般模拟这些整定方法都不用一阶惯性的一般都是二阶和三阶系统有问题可以邮箱联系我[e-mail]纯比例和比例积分条件下的PID控制比例度余差积分时间