实验 系统 PID 控制器设计及其相应参数整定集合供参考 实验五 系统 PID 控制器设计及其参数整定 一、实验目的 掌握 PID 控制规律及控制器实现。 对给定系统合理地设计 PID 控制器。 掌握对给定控制系统进行 PID 控制器参数在线实验工程整定的方法。 二、实验原理 在串联校正中，比例控制可提高系统开环增益，减小系统稳态误差，提高系统的控制 精度，但会降低系统的相对稳定性，甚至可能造成系统闭环系统不稳定；积分控制可以提 高系统的型别，有利于提高系统稳态性能，但积分控制增加了一个位于原点的 开环极点。使信号产生 90°的相位滞后，于系统的稳定不利，故不宜采用单一的积分控制 器；微分控制规律能反映输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的 阻尼程度，从而改善系统的稳定性，但微分控制增加了一个-1/τ 的开环零点，使系统的相 角裕度提高，因此有助于系统稳态性能的改善。 在串联校正中，PI 控制器增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于 s 左半平面的开环零点。位于原点的开环极点可以提高系统的型别，减小稳态误 差，实 验 系 统 PID 控 制 器 设 计 及 其 相 应 参 数 整 定 集 合 供 参 考 --第 1页实 验 系 统 PID 控 制 器 设 计 及 其 相 应 参 数 整 定 集 合 供 参 考 --第 1页有利于提高系统稳态性能；负的开环零点可以减小系统的阻尼，缓和 PI 极点对系统产 生的不利影响。只要积分时间常数 Ti 足够大，PI 控制器对系统的不利影响可大为减小。PI 控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。 在串联校正中，PID 控制器增加了一个位于原点的开环极点，和两个位于 s 左半平面 的开环零点。除了具有 PI 控制器的优点外，还多了一个负实零点，动态性能比 PI 更具有 优越性。通常应使积分发生在低频段，以提高系统的稳态性能，而使微分发生在中频段， 以改善系统的动态性能。 PID 控制器传递函数为 Ge=Kp，注意工程 PID 控制器仪表中比 例参数整定常用比例度 δ%，δ% =1/Kp*100%. 三、实验内容 Ziegler-Nichols——反应曲线法 反应曲线法适用于对象传递函数可以近似为 e 的场合。先测出系统处于开环状态 下的对象动态特性(即先输入阶跃信号，测得控制对象输出的阶跃响应曲线)，如图 6-25 所 示，然后根据动态特性估算出对象特性参数，控制对象的增益 K、等效滞后时间 L ...
