1、單回路控制系統整定一、實驗目的(1) 掌握動態建模的創建方法。(2) 掌握單回路控制系統的理論整定方法和工程整定方法(3) 了解調節器參數對控制品質的影響。(4) .熟悉控制線性系統仿真常用基本模塊的用法二、實驗儀器計算機一臺、MATLAB軟件三、實驗內容：用SIMULINK建立被控對象的傳遞函數為G(x) ，系統輸(10s+1)入為單位階躍，采用PID控制器進行閉環調節。 練習模塊、連線的操作，并將仿真時間定為300秒，其余用缺省值； 試用穩定邊界法和衰減曲線法設置出合適的PID參數，得出滿意的響應曲線。 設計M文件在一個窗口中繪制出系統輸入和輸出的曲線，并加圖 解。四、實驗原理.PID (

2、比例-積分-微分)控制器是目前在實際工程中應用最為廣泛 的一種控制策略。PID算法簡單實用，不要求受控對象的精確數學模型。.模擬PID控制器典型的PID控制結構如圖所示PID控制器.PID控制規律寫成傳遞函數的形式為E(s)iKiG(s)Kp(1TdS)=KpKdSU(s)TiSsK式中，Kp為比例系數；Ki為積分系數；Kd為微分系數；丁二一為積Ki分時間常數；Td=0為微分時間常數；簡單來說，PID控制各校正環 Kp節的作用如下：(1) 比例環節：成比例地反映控制系統的偏差信號，偏差一旦產生， 控制器立即產生控制作用，以減少偏差。(2) 積分環節：主要用于消除靜差，提高系統的無差度。積分作用

3、 的強弱取決于積分時間常數Ti，Ti越大，積分作用越弱，反之則 越強。(3) 微分環節：反映偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差 信號變得太大之前，在系統中引入一個有效的早期修正信號， 從而加快系統的動作速度，減少調節時間。五、實驗步驟(1) 啟動計算機，運行MATLAB應用程序。(2) 在 MATLAB 命令窗口輸入 Smulink,啟動 Simulink。(3) 在Simulink庫瀏覽窗口中，單擊工具欄中的新建窗口快捷按鈕 或在Simulink庫窗口中選擇菜單命令 File-； New-； Modeel,打開一個 標題為“ Un titled ”的空白模型編輯窗口。(4) 用鼠標雙

4、擊信號源模塊庫(Source)圖標，打開信號源模塊庫， 將光標移動到階躍信號模塊(Ste p)的圖標上，按住鼠標左鍵，將其 拖放到空白模型編輯窗口中。用鼠標雙擊附加模塊庫(Simulink Extra) 圖標，打開Additional Liner模塊庫,將光標移動到PID Conttroller圖 標上，按住鼠標左鍵，將其拖放到空白模型編輯窗口中。(5用同樣的方法從數學運算模塊庫(Math Operations)連續系統模 塊庫(Continuous)和接受模塊庫(Sinks)中，中把傳遞函數模塊(Transfer Fen)、示波器模塊(Scope和加法器模塊()Sum)拖放到空白模型編 輯窗

5、口中。(6) 用鼠標單擊一個模塊的輸出端口并用鼠標拖放到另一模塊的輸 入端口，完成模塊間的連接，若需要畫支線時，把光標移到有向線段 任意點處，按下“ Ctrl”鍵同時按下鼠標左鍵，拖動鼠標到所需模塊。(7) 構造圖1所示的單回路反饋系統的仿真模型，其中控制對象由 子系統創建，如圖2CDIni圖1111110S+1rlOs+1101+1101+1Transfer Fgn2Transfer FcriSTrBnsrfer FgnTrarrsfer FailCDDull圖2示，創建子系統的方法是：用鼠標選定待構成子系統的各個模塊，包括它們之間的連接線，單擊鼠標右鍵再單擊Create Subsysten

6、即可。(8 )設調節器為比例調節器，對象傳遞函數為:Ko =1,T =10, n =4)，用廣義頻率特性法按衰減率0.75計算調節器的 參數；根據 計算結果設置PID調節器的參數，啟動仿真，通過示波 器模塊觀測并記錄系統輸出的變化曲線。(9) 用響應曲線法整定調節器的參數。 求出對象的階躍響應曲線。 根據響應曲線求取對象的動態特性參數。 按表1計算調節器的參數，并根據計算結果設置PID調節器的參數。 啟動仿真，通過示波器模塊觀測并記錄系統輸出的變化曲線。(10) 用臨界曲線法整定調節器參數。 先將調節器改成純比例作用(使 T=Td=o)，并將比例增益置于較小的數值，然后將系統投入閉環運行。啟動

7、仿真，通過示波器模塊 觀測并記錄系統輸出的變化曲線。 逐漸增加比例增益，觀測不同比例 增益下的調節過程，直到調節過程出現等幅振蕩為止， 記錄此時的比 例帶十和系統的臨界振蕩周期 Tk。 根據求得的和Tk,由表2可求得調節器的整定參數。 將調節器參數設置好，作系統的定值階躍擾動試驗，觀測控制過程, 并根據響應曲線適當修改整定參數。（11）用衰減曲線法整定調節器參數。先將調節器改成純比例作用T；Td=O，并將比例增益置于較小的 數值，然后將系統投入閉環運行。啟動仿真，通過示波器模塊觀測并 記錄系統輸出的變化曲線。逐漸增加比例增益，觀測不同比例增益 下的調節過程，直到調節過程出現衰減率為 0.75的

8、振蕩為止，記錄 此時的比例帶飛和系統的臨界振蕩周期Ts。由表3可求得調節器的整定參數。將調節器參數設置好，作系統的定值階躍擾動試驗，觀測控制過程， 適當修改整定參數，直到控制過程滿意為止。表4-3臨界曲線法整定參數計算表控制規律調節器參數dTiTdP2d kPI2.2 6 k0.85 TkPID1.67 k0.5 TkTi表4-4衰減曲線法整定參數計算表控制規律調節器參數6TiTdP2d sPI1.2 6 s0.5 TsPID0.8 6 s0.3 Ts0.1 Ts六、實驗曲線及數據處理、，1）臨界曲線法將調節器改成純比例積分，即Ki =0，Kd=0。調整Kp到出現等幅震蕩, 此時心=4。 如圖

9、3。圖31由圖可知二 一=0.25，T/66SKp又由臨界曲線法整定參數計算表及以下公式關系Kp得到調節器的參數：Kp=2.4, Ki =0.0727, Kd=19.8修改PID參數得到的曲線圖4(2)衰減曲線法將調節器改成純比例積分，Ki=0， Kd=0。調整Kp直到調節過程衰減率為0.75的震蕩為止，此時Kp.87。如圖5由圖可知飛:1*=0.535, Ts=78s圖5由衰減曲線法整定參數計算表及以下公式關系KpKpKiTdKp得到調節器的參數：Kp=2.33,Kp =0.09996,Ki =18.174修改PID參數得到的曲線圖6圖6七、實驗總結1、P控制規律控制及時但不能消除余差，I控制規律能消除余差但控 制不及時且一般不單獨使用，D控制規律控制很及時但存在余差且不 能單獨使用。2、比例系數越小，過渡過程越平緩，穩態誤差越大；反之，過渡過 程振蕩越激烈，穩態誤差越?。蝗?Kp過大，則可能導致發散振蕩。Ti越大，積分作用越弱，過渡過程越平緩，消除穩態誤差越慢； 反之