实验报告
课程名称：过程控制
实验名称：单回路控制系统的参数整定专业：自动化专业
姓名：
学号：
2013 /2014 学年第 2 学期
实验一单回路控制系统的参数整定
2014年4月28日
一、实验要求
1、了解调节器特性的实验测试方法；
2、掌握依据飞升特性曲线求取对象动态特性参数和调节器参数的方法；
3、熟悉单回路控制系统的工程整定方法。
二、实验内容
测得某工业过程的单位阶跃响应数据，如附表所示；单位阶跃响应曲线，如图1所示：
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
t/s
y
(
t
)
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
t/s
y
(
t
)
图1 单位阶跃响应曲线
1、试用高阶传递函数描述该过程的动态特性；
G(s)=K/(Ts+1) ²=1.25/(25.9s+1) ²*e^-10s
2、在Simulink中搭建解算出的被控对象单回路控制系统；
3、采用稳定边界法整定调节器参数，并给出P、PI、PID三种调节器的控制曲线；
Kp=5,Pm=1/Kp=0.2时，等幅振荡，Tm80。
P: 2Pm=0.4
PI: 2.2Pm=0.44 0.85Tm=68
PID: 1.7Pm=0.34 0.5Tm=40 0.125Tm=10
三种调节器的控制曲线：
4、比较、分析实验结果
P调节器稳态产生了静差；PI调节器相对P调节器稳态无静差，但是调节时间延长；PID 调节器相对前两者无论上升时间还是调节时间都变短了，稳态也无静差。
实验报告
课程名称：过程控制
实验名称：串级控制系统专业：自动化专业
姓名：
学号：
2013 /2014 学年第 2 学期
实验二 串级控制系统实验
2014年5月5日
一、实验要求
1、了解串级控制系统组成原理，串级控制调节器参数的整定与投运方法。
2、掌握控制系统采用不同控制方案的实现过程，并与单回路控制相比较。
二、实验内容
测得某工业过程构成如图所示的串级控制系统如图1所示，假设Gv(s)=1,Gm(s)=1,
G o2(s )G c2(s )G o1(s )
G c1(s )X (s )
Y (s )
其中，主对象的传递函数()2o11.03011253)(+⋅+=
s s s G ，副对象的传递函数1
.0109
.0)(o2
+=s s G 。
该系统为定值控制系统，输入为单位阶跃信号。
1、 试在Simulink 中搭建被控对象串级控制仿真系统；
2、 试采用两步法整定主、副控制器的PID 参数；
(1)Kp2=0.00122,P2s=1/Kp=1/0.00122,T2s=1300-200=1100
(2)Kp1=1,P1s=1,T2s=1750-650=1100
(3)副回路（P）：
P: P2s=1/0.00122
主回路（PID）：
PID: 0.8P1s=0.8 0.3T1s=330 0.1T1s=110 控制曲线：
3、比较试验：试对同样的被控过程采用单回路控制方案，利用稳定边界法整定调节器
参数，并给出PID控制的输出曲线。
（1）单回路控制系统：
Kp=0.00288,Pm=1/Kp=1/0.00288,Tm=1350-500=850
PID: 1.7Pm=590.28 0.5Tm=425 0.125Tm=106.25
（2）对比控制曲线：
4、比较、分析实验结果
单回路控制系统的上升时间与调节时间均快于串级控制系统。
实验报告
课程名称：过程控制
实验名称：调节器参数变化对控制过程的影响专业：自动化专业
姓名：
学号：
2013 /2014 学年第 2 学期
实验三 调节器参数变化对控制过程的影响
2014年5月12日
一、实验要求
1. 掌握PID 控制器对系统的影响；
2. 巩固和加深对理论知识的理解，获得分析、验证系统性能的技巧。
二、实验内容
某工业过程的传递函数为()()2
1151)(+⋅+=s s s G o ，假设1)(=s G v ，1)(=s G m ，调节器为PID 控制策略。
该系统为定值、简单控制系统，期望输入为单位阶跃信号。
1. 试在Simulink 中搭建解被控对象的仿真系统，利用临界比例度法整定
Kp=72,Pm=1/Kp=1/72,Tm=2.88-1.06=1.83
2.结合教材P195的表6-1给出P、PI、PID三种控制方案的输出响应比较曲线，并简要分
析该现象；
P: 2Pm=1/36
PI: 2.2Pm=11/360 0.85Tm=1.56
PID: 1.7Pm=17/720 0.50Tm=0.915 0.125Tm=0.229
由图可见，黄色的P 调节器曲线稳态时产生静差；紫色的PI 调节器曲线调节时间较长，稳态时无静差；蓝色的PID 调节器曲线调节时间短，稳态时也不存在静差。
3. 在比例P 控制方案中，分别给出0.01671=P 、0278.02=P 、1000.03=P 三种情况下的输
出响应比较曲线，并简要分析该现象；
由图可见，P 越大、调节时间越短、调节速度越快、稳态静差也越大。
4. 在比例-微分PI 控制方案中，分别给出⎪⎩⎪⎨⎧==1.30720.030611i T P 、⎪⎩⎪⎨⎧==1.6235 0.030622i T P 、⎪⎩⎪⎨⎧==0
268.30.030633i T P 三种情况下的输出响应比较曲线，并简要分析该现象；
由图可见，PI 调节器在参数P 一定时，参数I 越大调节时间越短、振荡越小。
5. 在比例-微分-积分PID 控制方案中，分别给出⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===0.11800.95500.0236111d i T T P 、⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===0.23870.9550 0.0236222d i T T P 、⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===0.3540
0.9550
0.0236333d i T T P 三种情况下的输出响应比较曲线，并简要分析该现象。
由图可见，PID调节器在P、I参数一定的条件下，D参数越大、上升时间越短、调节时间越短、振荡越小。