太原理工大学现代科技学院过程控制系统课程设计报告
先对控制对象进行PID参数整定，这里采用衰减曲线法，衰减比为10：1。 A. 将积分时间Ti调为最大值，即MATLAB中I参数为0，微分时间常数TD调为零，比例带δ为较大值，即MATLAB中K为较小值。
B. 待系统稳定后，做阶跃响应，系统衰减比为10：1时，阶跃响应如下图：
参数：K1=9.8，Ti=无穷大，TD=0
图1.5.2 单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图
经观测，此时衰减比近似10：1，周期Ts=14s，K=9.8
C．根据衰减曲线法整定计算公式，得到PID参数： K1=9.8*5/4=12.25，取12；Ti=1.2Ts=16.8s（注：MATLAB中I=1/Ti=0.06）；TD=0.4Ts=5.6s. 使用以上PID整定参数得到阶跃响应曲线如下： 参数：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6
图1.5.3 单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图
观察以上曲线可以初步看出，经参数整定后，系统的性能有了很大的改善。
现用控制变量法，分别改变P、I、D参数，观察系统性能的变化，研究各调节器的作用。
A． 保持I、D参数为定值，改变P参数，阶跃响应曲线如下： 参数：K1=16，Ti=16.8，TD=5.6
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图1.5.4 单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图
参数：K1=20，Ti=16.8，TD=5.6
图1.5.5 单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图
比较不同P参数值下系统阶跃响应曲线可知，随着K的增大，最大动态偏差增大，
余差减小，衰减率减小，振荡频率增大。
B． 保持P、D参数为定值，改变I参数，阶跃响应曲线如下： 参数：K1=12，Ti=10，TD=5.6
图1.5.6 单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图
参数：K1=12，Ti=1，TD=5.6
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图1.5.7 单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图
比较不同I参数值下系统阶跃响应曲线可知，有I调节则无余差，而且随着Ti的减
小，最大动态偏差增大，衰减率减小，振荡频率增大。
C． 保持P、I参数为定值，改变D参数，阶跃响应曲线如下： 参数：K1=12，Ti=16.8，TD=8.6
图1.5.8 单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图
参数：K1=12，Ti=16.8，TD=11.6
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图1.5.9 单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图
比较不同D参数值下系统阶跃响应曲线可知，而且随着D参数的增大，最大动态
偏差减小，衰减率增大，振荡频率增大。
现向控制系统中加入干扰，以检测系统的抗干扰能力，系统的仿真框图如下：
图1.5.10 有干扰单回路MATLAB仿真框图
阶跃响应曲线如下：
参数：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6
图1.5.11有干扰单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图
观察以上曲线，并与无干扰时的系统框图比较可知，系统稳定性下降较大，在干扰
作用时，很难稳定下来，出现了长时间的小幅震荡，由此可见，单回路控制系统，在有干扰的情况下，很难保持系统的稳定性能，考虑串级控制。
5.5.5串级控制系统的设计
系统的MATLAB仿真框图如下（有噪声）：
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图1.5.12 有噪声串级控制系统的MATLAB仿真框图
当无噪声时，系统的阶跃响应如下图所示：
参数：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6，K2=0.3
图1.5.13有噪声串级控制MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图
比较单回路控制系统无干扰阶跃响应可知，串级控制降低了最大偏差，减小了振荡频率，
大大缩短了调节时间。
现向系统中加入噪声，观察不同P条件下的系统阶跃响应曲线： 参数：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6，K2=0.5
图1.5.14有噪声串级控制MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图 参数：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6，K2=1.0
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