PID的参数整定及参数变化对系统的影响综合实验

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interwetten与威廉的赔率体系 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。

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%。