自动化专业过程控制课程设计实验报告 - PID校正设计

b) Ki=1

c) Ki=2

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d) Ki=3

图1-12 PI控制系统测试曲线

观察不同曲线，当Kp=1.2，Ki=1时，系统的曲线最好，所以最理想的系统开环传递函数为：

2.4S?2.4Gc(S)?3

S?3S2?2S5.比例积分微分（PID）控制方式

PID控制方式结合了比例积分微分三种控制方式的优点和特性，在更大的程度上改善系统各方面的性能，最大程度的使闭环系统的阶跃响应尽可能地最好（稳、快、准）。

PID控制器的传递函数为：

Gc(S)?Kp(KdS2?S?Ki)S

加上PID控制后的系统开环传递函数为：

G(S)?系统的结构图为：

2KpKdS2?2KpS?2KpKiS3?3S2?2S

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图1-13 PID控制框图

当Ki=1，Kd=0.3和Kd=0.4，Kp=1~10时，绘制系统相应的阶跃响应曲线，如图1-14所示：

a) Ki=1，Kd=0.3

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b) Ki=1，Kd=0.4

图1-14 PID控制系统测试曲线

观察曲线，可以看出：①Pi越大，积分作用越强，消除稳态误差越快；反之，积分作用越弱，过渡过程越平稳，消除稳态误差越慢。②PID控制通过调节三个参数，Kp、Ki、Kd，来改变控制品质；适当的调节三个参数，能使系统的控制品质变得比较好。

二、PID校正方法

对于一个给定的控制系统，要实现预定的控制过程，必须通过选择合适的P、I、D控制参数来实现。整定控制器的参数，是提高控制质量的主要途径。当控制器的参数整定好并且投入运行系统之后，被调参数可以稳定在工艺要求的范围之内，就可以认为控制器的参数整定好了。

PID的校正方法有很多，概括起来说可以分为三类，即理论计算整定法、工程整定法和自整定法。在这里只简单的介绍三种常用的方法。

1.临界比例度法

临界比例度法是一种闭环整定方法。由于该方法直接在闭环系统中进行，不需要测试过程的动态特性，其方法简单、使用方便，因而获得了广泛应用。具体整定步骤如下：

1）先将调节器的积分时间TI置于最大（Ki=0），微分时间TD置零（Kd=0），比例度?置为较大的数值（Kp置为较小值）使系统投入闭环运行。

2）等系统运行稳定后，对设定值施加一个阶跃变化，并减小?，直到系统出现如图2-1所示的等幅振荡为止。记录下此时的?K（临界比例度）和等幅振荡周期TK。

图2-1 临界比例度下的等幅振荡曲线

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