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一、?實驗目的：
1、?掌握PID各校正環節的作用
2、?確定給定的系統PID的初始參數
3、?通過實驗了解PID參數的變化對系統的影響
二、?實驗原理
（一）PID調節器的輸入輸出關系：
?
式中：
?為調節器的輸出；?? 為誤差輸入； 為比例增益；
?為積分時間； 為微分時間
（二）PID各校正環節的作用
在模擬系統中，調節器最常用的調節規律是PID調節。常規PID調節系統一般由PID調節器和被控對象組成，其原理圖如下：
PID調節是線性控制，將偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）通過線性組合構成調節量，對被控對象進行控制。
PID調節器各校正環節的作用如下：
1、?比例環節： 及時成比例地反映調節系統的偏差信號，偏差一產生，調節器立即產生調節作用，以減少偏差。
2、?積分環節：主要是為了消除系統的余差，提高系統的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數，越大，積分作用越弱，反之則越強。
3、?微分環節：能反映偏差信號的變化趨勢，并能在偏差信號變得太大之前，引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統的動作速度，減小調節時間。
（三）PID參數的變化對系統的影響
???? 一般情況下，PID調節器本著穩、準、快的控制原則須對三個參數進行初始設定，同時考慮對象特性的多樣性，控制指標的不同進行整定、優化才能取得滿意效果。
在PID調節參數中，比例系數KP增大，會使調節閥的動作靈敏，運行速度加快。缺點是存在靜差。在系統穩定的情況下，增大KP值，有利于減小穩態誤差，提高控制精度。但隨著KP增大，系統響應過程中的振蕩次數會增多，調節時間加長。當KP值太大時，系統將趨于不穩定；若太小，會減低系統的響應速度。
引入積分的目的是為了消除靜差，提高精度。但積分時間TI太小，在過程的啟動、結束或大幅度增減設定值時，短時間內系統輸出有很大的偏差，會造成PID運算的積分積累，致使控制量超出極限控制量，最終引起系統較大的超調，甚至造成系統振蕩。積分時間TI太大時，積分作用對系統的性能影響減小，不利于消除系統穩態誤差，難以獲得較高的控制精度。
微分環節的引入，改善了系統的動態特性，對干擾特別敏感。但微分時間TD偏大或偏小時，都會使超調量增大，調節時間加長。
（四）PID參數確定的方法
在選擇了調節規律及相應的調節器后，就要進行PID初始參數的確定。常采用的方法有臨界比例度法（又稱穩定邊界法）、反應曲線法、衰減曲線法、儀表參數自整定法。
1、?臨界比例度法：
調節規律采用純比例，不斷增加K，使調節系統的被調參數作等幅振蕩（即達到穩定邊界）時，測量出比例放大系數Km或臨界比例度Pm以及振蕩周期Tm，然后，按經驗數據求出初始參數。
臨界比例度法的調節器經驗數據表
?
|
調節規律 |
P（%） |
TI |
TD |
|
P |
2Pm |
? |
? |
|
PI |
2.2 Pm |
0.85Tm |
? |
|
PID |
1.7 Pm |
0.5Tm |
0.13 Tm |
2、?反應曲線法：
反應曲線法：要確定調節器的參數應先測定對象的動態特性，即對象輸入量作單位階躍變化時被調量的反應曲線，即飛升曲線。根據飛升曲線可得到等效滯后時間τ、等效時間常數T、廣義對象的放大系數K。再按下表經驗數據求出初始參數。
反應曲線法的調節器經驗數據表
?
|
調節規律 |
P（%） |
TI |
TD |
|
P |
Kτ/T |
? |
? |
|
PI |
1.1 Kτ/T |
3.3τ |
? |
|
PID |
0.85Kτ/T |
2τ |
0.5τ |
3、?衰減曲線法：
衰減曲線法：是參數整定要求達到衰減率為0.75的過程。先把調節規律采用純比例（TI =∞，TD =0），觀察調節過程的衰減比，通過改變比例度，使衰減比達到規定的0.75為止。記下此時的比例度PS和周期TS。然后，按經驗數據得出初始參數。
衰減曲線法的調節器經驗數據表
?
|
調節規律 |
P（%） |
TI |
TD |
|
P |
PS |
? |
? |
|
PI |
1.2PS |
0.85TS |
? |
|
PID |
0.8PS |
0.3TS |
0.1TS |
?
4、?儀表參數自整定法：
現在許多儀表都帶有自整定功能，利用此功能可以方便的整定出，PID參數。但是不是所有都會滿足需要，有時可以在此基礎上做修改，從而達到最佳效果。
三、?實驗內容：
1、?通過臨界比例度法確定PID參數：
1、將流量調節系統的調節規律社為純比例，不斷增加K，使調節系統的被調參數（流量）作等幅振蕩（即達到穩定邊界）。記錄此時的比例度P和振蕩周期Tm。
2、在給SDC31調節器通電在基本顯示狀態下，同時按ENT鍵和○▲鍵3秒；按○▼ 鍵顯示PID；按ENT鍵顯示P讀取比例度讀數；按ENT鍵，進入比例度的設置 ；按鍵○▲鍵修改比例度到合適的值。按ENT鍵，確定。
3、按DISP鍵退出設置。運行系統，觀察曲線。
?
|
臨界比例度法確定PID參數 | |||
|
臨界比例度P |
? |
振蕩周期Tm |
? |
|
調節規律 |
P（%） |
TI |
TD |
|
P |
? |
? |
? |
|
PI |
? |
? |
? |
|
PID |
? |
? |
? |
2、儀表參數自整定確定PID參數：
先給SDC31調節器的供電，在AUTO和RUN下，啟動自整定功能。
（1、）進入基本顯示狀態，按DISP鍵。
（2、）進入At(自整定)顯示，按MODE鍵多次，直到顯示At顯示，再按ENT鍵。
（3、）改變設定值：按○▲鍵使0變為1.
（4、）確定改變設定值：按ENT鍵；At LED燈開始閃動，自整定功能啟動；
（5、）恢復基本顯示狀態： 按DISP鍵，當自整定完成后，At LED燈熄滅。PID參數自動地寫入儀表中。
（6、）讀取PID參數。同時按ENT鍵和○▲鍵3秒；按○▼ 鍵顯示PID；按ENT鍵顯示P讀取比例度讀數；按○▼ 鍵顯示I,讀取讀數；按○▼ 鍵顯示D,讀取讀數，填入相應表格。
?
|
自整定法確定PID參數 | |
|
比例度 |
? |
|
積分時間 |
? |
|
微分時間 |
? |
3、純比例和比例積分條件下的PID控制
運行流量控制系統，調節規律采用純比例。將上面整定的比例度輸入到調節器，稍作修改。待系統穩定，記錄比例度以及余差量。再加積分加入，使余差消除。并記錄此時的積分時間。
?
|
純比例和比例積分條件下的PID控制 | |
|
比例度 |
? |
|
余差 |
? |
|
積分時間 |
? |
四、?問題與解答：
1、?已知某比例式氣動調節器量程為100～200℃，當指針從140℃變化到160℃時，輸出從0.5㎏/㎝2變到0.7㎏/㎝2，輸出范圍為0～1㎏/㎝2求比例度δ；若儀表的量程和輸入變化量維持不變，問比例度為多少時，輸出作全范圍變化？
2、?當調節器的輸入偏差信號e的波形如圖所示變化周期等于積分時間，比例度為50%，分別畫出調節器的比例、積分、比例微分輸出的波形。
3、?試說明下列情況下，調節器的調節作用是增強還是減弱？比例微分調節器，保持比例度不變，微分時間由15秒上升到30秒。比例積分調節器，保持積分時間不變，比例度由20%上升到40%。
工商網監
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