基于MATLAB水箱液位控制系统的设计(8)

太原理工大学现代科技学院过程控制系统课程设计报告

图1.5.15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=1.5

图1.5.16有噪声串级控制MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图 观察以上曲线可知，当副回路控制器，调节时间都有所缩短，系统快速性增强了，

在干扰作用下，当增益相同时，系统稳定性更高，提高了系统的抗干扰能力，最大偏差更小。可以取得令人满意的控制效果。

5.5.6串级控制系统的PID参数整定

自Ziegler和Nichols提出PID参数整定方法起，随着各种技术和理论的发展，PID参数整定的方法越来越多。 1. 传统整定方法

(1)Ziegler-Nichols经验公式(Z-N公式法)。该方法先求取系统的开环阶跃响应曲线，根据对象的纯迟延时间、时间常数和放大系数，按Ziegler-Nichols经验公式计算

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PID参数。此方法简单易行，但参数需要进一步调整，一般用于手工计算和设置控制器初值。

(2)稳定边界法(临界比例度法)。该方法需要做稳定边界实验，在闭环系统中控制器只用比例作用，给定值作阶跃扰动，从较大的比例带开始，逐渐减小，直至被控量出现临界振荡为止，记下临界振荡周期和临界比例带。然后按照经验公式确定PID参数。由于不易使系统发生稳定的临界振荡或不允许系统离线进行参数整定，临界参数的获取通常用Astrom和Hagglund提出的继电反馈法。它既能保证实现稳定闭环振荡，又不需离线进行，是获得过程临界信息的最简便方法之一。对一阶惯性加纯迟延的对象，时间常数T较大时，整定费时;对干扰多且频繁的系统，要求振荡幅值足够大。

(3)衰减曲线法。该方法与临界比例度法类似，在闭环系统中控制器只用比例作用，给定值作阶跃扰动，从较大的比例带开始，逐渐减小，直至被控量出现4:1的衰减过程为止，记下此时比例带以及相邻波峰之间的时间。然后按照经验公式确定PID参数。

(4)积分项改进的数字PID控制

在一般的PID控制中，当存在较大的扰动和大幅度给定值变化时，此时有较大的偏差，由于系统的惯性和滞后，如果施加积分控制，往往会导致超大的超调和长时间的调节时间。特别是对于温度、成分等变化缓慢的过程控制，这一现象更为严重。

实际中常采取积分分离措施，即当偏差较大时，不施加积分控制；当偏差较小时，才施加积分控制。即：

a.当e(n)??时，采用PD控制； b.当e(n)??时，采用PID控制。

其中，?为积分分离值，它可根据具体对象及系统设计要求来确定。实际中?的值要选的合适，若?值过大，则达不到积分分离的目的；若?值过小，一旦被控量无法跳出积分分离区，只进行PD控制，将会出现残差。

?Upd(n)?Kp?e(n)?e(n?1)??Kd?e(n)?2e(n?1)?e(n?2)?

?ui(n)?Kie(n)

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u(n)?u(n?1)??Upd(n)??ui(n)

积分分离时，取

u(n)?u(n?1)??Upd(n)

常见的积分项改进的数字PID控制算法还有抗积分饱和算法、梯形积分算法和消除积分不灵敏区的算法。

总结

通过这次设计使我明白到有些东西看上去非常简单，当自己置身其中去做时，并不容易了。在毕业设计的这段时间里，我也发现了自己所应该改进或是较为缺乏的部分，其一是分析问题的能力：可能是自己学习的不够扎实，实习中碰到了不少钉子，遇到问题时头脑很茫然；二是解决问题的成熟度：这也许是个性使然，再加上缺少经验的累积和历练，所以在处理设计中的问题时，容易慌慌张张．这次设计也让我再次体会到书本上学习到的专业知识和实际应用起来是两个完全不同的概念，所以在现阶段的学习中，我们主要是应该去学习专业理论知识，学习掌握分析问题和解决问题的能力。在以后的工作中，把理论和实际相结合，努力实现大学所学习的理论知识。所以说，这次毕业设计也是对以前所学知识的一个初审吧！对于我以后学习、找工作也真是受益菲浅。我感性回到理性的重新认识，进一步对社会的认知，对于以后工作所应把握的方向也有所启发！

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参考文献

【1】过程控制系统 李国勇主编 电子工业出版社 【2】生产过程自动化仪表识图 李駪主编 电子工业出版社 【3】自动化仪表与过程控制 施仁主编 电子工业出版社

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