實驗? PID的參數(shù)整定及參數(shù)變化對系統(tǒng)的影響綜合實驗

一、?實驗目的：
1、?掌握PID各校正環(huán)節(jié)的作用
2、?確定給定的系統(tǒng)PID的初始參數(shù)
3、?通過實驗了解PID參數(shù)的變化對系統(tǒng)的影響

二、?實驗原理
（一）PID調(diào)節(jié)器的輸入輸出關(guān)系：
?
式中：
?為調(diào)節(jié)器的輸出；?? 為誤差輸入； 為比例增益；
?為積分時間； 為微分時間

（二）PID各校正環(huán)節(jié)的作用
在模擬系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器最常用的調(diào)節(jié)規(guī)律是PID調(diào)節(jié)。常規(guī)PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般由PID調(diào)節(jié)器和被控對象組成，其原理圖如下：

PID調(diào)節(jié)是線性控制，將偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）通過線性組合構(gòu)成調(diào)節(jié)量，對被控對象進行控制。
PID調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：
1、?比例環(huán)節(jié)： 及時成比例地反映調(diào)節(jié)系統(tǒng)的偏差信號，偏差一產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，以減少偏差。
2、?積分環(huán)節(jié)：主要是為了消除系統(tǒng)的余差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之則越強。
3、?微分環(huán)節(jié)：能反映偏差信號的變化趨勢，并能在偏差信號變得太大之前，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，減小調(diào)節(jié)時間。

（三）PID參數(shù)的變化對系統(tǒng)的影響
???? 一般情況下，PID調(diào)節(jié)器本著穩(wěn)、準、快的控制原則須對三個參數(shù)進行初始設定，同時考慮對象特性的多樣性，控制指標的不同進行整定、優(yōu)化才能取得滿意效果。
在PID調(diào)節(jié)參數(shù)中，比例系數(shù)KP增大，會使調(diào)節(jié)閥的動作靈敏，運行速度加快。缺點是存在靜差。在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，增大KP值，有利于減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。但隨著KP增大，系統(tǒng)響應過程中的振蕩次數(shù)會增多，調(diào)節(jié)時間加長。當KP值太大時，系統(tǒng)將趨于不穩(wěn)定；若太小，會減低系統(tǒng)的響應速度。
引入積分的目的是為了消除靜差，提高精度。但積分時間TI太小，在過程的啟動、結(jié)束或大幅度增減設定值時，短時間內(nèi)系統(tǒng)輸出有很大的偏差，會造成PID運算的積分積累，致使控制量超出極限控制量，最終引起系統(tǒng)較大的超調(diào)，甚至造成系統(tǒng)振蕩。積分時間TI太大時，積分作用對系統(tǒng)的性能影響減小，不利于消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，難以獲得較高的控制精度。
微分環(huán)節(jié)的引入，改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性，對干擾特別敏感。但微分時間TD偏大或偏小時，都會使超調(diào)量增大，調(diào)節(jié)時間加長。

（四）PID參數(shù)確定的方法
在選擇了調(diào)節(jié)規(guī)律及相應的調(diào)節(jié)器后，就要進行PID初始參數(shù)的確定。常采用的方法有臨界比例度法（又稱穩(wěn)定邊界法）、反應曲線法、衰減曲線法、儀表參數(shù)自整定法。
1、?臨界比例度法：
調(diào)節(jié)規(guī)律采用純比例，不斷增加K，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)作等幅振蕩（即達到穩(wěn)定邊界）時，測量出比例放大系數(shù)Km或臨界比例度Pm以及振蕩周期Tm，然后，按經(jīng)驗數(shù)據(jù)求出初始參數(shù)。

3、?試說明下列情況下，調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用是增強還是減弱？比例微分調(diào)節(jié)器，保持比例度不變，微分時間由15秒上升到30秒。比例積分調(diào)節(jié)器，保持積分時間不變，比例度由20%上升到40%。