实验三 PID 控制器参数对系统性能的影响

《自动控制原理》自动控制PID实验报告课程名称自动控制原理实验类型：实验项目名称：自动控制PID一、实验目的和要求1、学习并掌握利用MATLAB 编程平台进行控制系统复数域和频率域仿真的方法。

2、通过仿真实验研究并总结PID 控制规律及参数对系统特性影响的规律。

3、实验研究并总结PID 控制规律及参数对系统根轨迹、频率特性影响的规律，并总结系统特定性能指标下根据根轨迹图、频率响应图选择PID 控制规律和参数的规则。

二、实验内容和原理一）任务设计如图所示系统，进行实验及仿真程序，研究在控制器分别采用比例（P）、比例积分（PI）、比例微分（PD）及比例积分微分（PID）控制规律和控制器参数（Kp、Ki、Kd）不同取值时，控制系统根轨迹和阶跃响应的变化，总结pid 控制规律及参数变化对系统性能、系统根轨迹、系统阶跃响应影响的规律。

具体实验容如下：1、比例（P）控制，设计参数Kp 使得系统处于过阻尼、临界阻尼、欠阻尼三种状态，并在根轨迹图上选择三种阻尼情况的Kp 值，同时绘制对应的阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 的变化情况。

总结比例（P）控制的规律。

2、比例积分（PI）控制，设计参数Kp、Ki 使得由控制器引入的开环零点分别处于：1）被控对象两个极点的左侧；2）被控对象两个极点之间；3）被控对象两个极点的右侧（不进入右半平面）。

分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定主导极点及控制器的相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 和Ki 的变化情况。

总结比例积分（PI）控制的规律。

3、比例微分（PD）控制，设计参数Kp、Kd 使得由控制器引入的开环零点分别处于：1）被控对象两个极点的左侧；2）被控对象两个极点之间；66 3）被控对象两个极点的右侧（不进入右半平面）。

分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定控制器的相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 和Kd 的变化情况。

实验二数字pid控制计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。

因此连续pid控制算法不能直接使用，需要采用离散化方法。

在计算机pid控制中，使用的是数字pid控制器。

一、位置式pid控制算法按模拟pid控制算法，以一系列的采样时刻点kt代表连续时间t，以矩形法数值积分近似代替积分，以一阶后向差分近似代替微分，可得离散pid位置式表达式：?tu(k)?kp?e(k)??ti?k?e(j)?j?0k?td(e(k)?e(k?1))??t?e(k)?e(k?1) t ?kpe(k)?ki?e(j)t?kdj?0式中，ki?kpti，u为控制,kd?kptd，e为误差信号（即pid控制器的输入）信号（即控制器的输出）。

在仿真过程中，可根据实际情况，对控制器的输出进行限幅。

二、连续系统的数字pid控制仿真连续系统的数字pid控制可实现d/a及a/d的功能，符合数字实时控制的真实情况，计算机及dsp的实时pid控制都属于这种情况。

1．ex3 设被控对象为一个电机模型传递函数g(s)?1，式中2js?bs j=0.0067,b=0.1。

输入信号为0.5sin(2?t)，采用pd控制，其中kp?20,kd?0.5。

采用ode45方法求解连续被控对象方程。

d2ydyy(s)1?，则?u，另y1?y,y2?y?2因为g(s)?，所以j2?bdtu(s)js?bsdt??yy??12，因此连续对象微分方程函数ex3f.m如下 ?y?2??(b/j)y?(1/j)*u?2? function dy = ex3f(t,y,flag,para) u=para; j=0.0067;b=0.1;dy=zeros(2,1);dy(1) = y(2);dy(2) = -(b/j)*y(2) + (1/j)*u;控制主程序ex3.mclear all;close all;ts=0.001; %采样周期xk=zeros(2,1);%被控对象经a/d转换器的输出信号y的初值e_1=0;%误差e(k-1)初值u_1=0;%控制信号u(k-1)初值for k=1:1:2000 %k为采样步数time(k) = k*ts; %time中存放着各采样时刻rin(k)=0.50*sin(1*2*pi*k*ts); %计算输入信号的采样值para=u_1; % d/a tspan=[0 ts];[tt,xx]=ode45(ex3f,tspan,xk,[],para); %ode45解系统微分方程%xx有两列，第一列为tt时刻对应的y，第二列为tt时刻对应的y导数xk = xx(end,:); % a/d，提取xx中最后一行的值，即当前y和y导数yout(k)=xk(1); %xk(1)即为当前系统输出采样值y(k) e(k)=rin(k)-yout(k);%计算当前误差de(k)=(e(k)-e_1)/ts; %计算u(k)中微分项输出u(k)=20.0*e(k)+0.50*de(k);%计算当前u(k)的输出%控制信号限幅if u(k)>10.0u(k)=10.0;endif u(k)<-10.0u(k)=-10.0;end %更新u(k-1)和e(k-1)u_1=u(k);e_1=e(k);endfigure(1);plot(time,rin,r,time,yout,b);%输入输出信号图xlabel(time(s)),ylabel(rin,yout); figure(2);plot(time,rin-yout,r);xlabel(time(s)),ylabel(error);%误差图程序运行结果显示表1所示。

T13. PID自动控制系统参数整定（化工仪表与自动化，指导教师：卢红梅）实验一：一阶单容上水箱对象特性测试实验实验二：上水箱液位PID整定实验一、实验目的1）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。

2）、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。

3）、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

4）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。

5）、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。

6）、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

二、实验设备THKJ100-1型过程控制实验装置配置：上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。

型参数为串联釜数N三、实验原理实验一原理：阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过控制器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号）。

同时，记录对象的输出数据或阶跃响应曲线，然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。

实验二原理：图13.1单回路上水箱液位控制系统图13.1为单回路上水箱液位控制系统，单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。

本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。

根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用工业智能仪表控制。

当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。

合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。

反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。

因此，当一个单回路系统组成好以后，如何整定好控制器参数是一个很重要的实际问题。

一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。

PID各参数对系统的影响PID是一种常用的控制算法，它包括比例（P）、积分（I）、微分（D）三个参数，这些参数直接影响PID控制系统的性能以及反馈控制的稳定性。

下面将分别介绍这些参数对系统的影响：1. 比例参数（Proportional Gain，P）：比例参数控制器的作用是根据偏差的大小来调整控制器的输出信号。

较大的比例参数会导致更强的控制信号，从而更快地减小偏差。

然而，如果比例参数过大，系统可能会产生过冲、震荡甚至不稳定。

因此，在选择比例参数时需要权衡控制精度和系统稳定性之间的平衡。

2. 积分参数（Integral Gain，I）：积分参数控制器的作用是根据偏差的历史累积情况来调整控制器的输出信号。

积分参数能够消除稳态误差，使得系统能够更好地追踪参考信号。

然而，较大的积分参数可能会导致系统的响应变慢、不稳定或产生震荡。

因此，在选择积分参数时需要谨慎平衡稳定性和控制精度。

3. 微分参数（Derivative Gain，D）：微分参数控制器的作用是根据偏差的变化率来调整控制器的输出信号。

微分参数能够抑制系统的震荡，减少过冲，并提高系统的响应速度。

然而，过大的微分参数可能会引入噪声和振荡，因此需要谨慎选择微分参数。

这三个参数的组合可以调整PID控制器的响应特性。

例如，较大的比例参数可以加快系统的响应速度，但可能会导致过冲和超调；较大的积分参数可以消除稳态误差，但可能会导致响应过程的不稳定；较大的微分参数可以抑制过冲和振荡，但可能会引入噪声。

此外，这些参数还与系统的特性密切相关。

不同系统的响应特性不同，对这些参数的要求也不同。

例如，快速响应的系统可能需要较大的比例参数和微分参数，以提高响应速度和抑制振荡；而对于稳态精度要求较高的系统，积分参数可能需要较大的值。

另外，这些参数的选择也可以通过系统的实时调整来进行优化。

一种常用的调整方法是自适应控制，通过运用智能算法和优化算法，根据实际系统的响应特性和性能需求来自动调整PID参数。

数字pid控制实验报告doc数字pid控制实验报告篇一：实验三数字PID控制实验三数字PID控制一、实验目的1．研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。

2．研究采样周期T对系统特性的影响。

3．研究I型系统及系统的稳定误差。

二、实验仪器1．EL-AT-III型计算机控制系统实验箱一台2．PC计算机一台三、实验内容1．系统结构图如3-1图。

图3-1 系统结构图图中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds）Gh（s）=（1－e-TS）/sGp1（s）=5/（（0.5s+1）（0.1s+1））Gp2（s）=1/（s（0.1s+1））2．开环系统（被控制对象）的模拟电路图如图3-2和图3-3，其中图3-2对应GP1（s）,图3-3对应Gp2（s）。

图3-2 开环系统结构图1 图3-3开环系统结构图23．被控对象GP1（s）为“0型”系统，采用PI控制或PID控制，可系统变为“I型”系统，被控对象Gp2（s）为“I型”系统，采用PI控制或PID控制可使系统变成“II 型”系统。

4．当r（t）=1（t）时（实际是方波），研究其过渡过程。

5．PI调节器及PID调节器的增益Gc（s）=Kp（1+K1/s）=KpK1(（1/k1）s+1) /s=K(Tis+1)/s式中 K=KpKi ,Ti=（1/K1）不难看出PI调节器的增益K=KpKi，因此在改变Ki时，同时改变了闭环增益K，如果不想改变K,则应相应改变Kp。

采用PID调节器相同。

6．“II型”系统要注意稳定性。

对于Gp2（s）,若采用PI调节器控制，其开环传递函数为G（s）=Gc（s）·Gp2（s）=K（Tis+1）/s·(本文来自：/doc/a1e402b1c081e53a580216fc700abb 68a882ad33.html 小草范文网:数字pid控制实验报告)1/s（0.1s+1）为使用环系统稳定，应满足Ti>0.1，即K1 7．PID 递推算法如果PID 调节器输入信号为e（t），其输送信号为u（t）,则离散的递推算法如下：u（k）=u（k-1）+q0e（k）+q1e（k-1）+q2e（k-2）其中 q0=Kp（1+KiT+（Kd/T））q1=－Kp（1+（2Kd/T））q2=Kp（Kd/T）T--采样周期四、实验步骤1.连接被测量典型环节的模拟电路(图3-2)。

PID 控制参数对系统性能的影响1. 引言PID （比例积分微分）控制自产生以来就一直是工业生产中应用最广泛的控制方法，随着电子计算机和控制领域的发展，控制器的方案也在不断丰富，但由于PID 控制法（比例、积分、微分控制法）原理简单、适用性强和鲁棒性强等特点至今仍被广泛应用。

本文对不同的受控系统改变PID 调节的各参数，采用单位阶跃响应分析法和根轨迹法对PID 控制系统进行了仿真分析，旨在对PID 调节进行更加深入细致研究。

2. PID 控制原理仿真分析PID 是基于反馈理论的调节方式，通过对误差信号()e t 进行比例、积分和微分运算，再对结果进行适当处理，从而对被控对象进行调节控制，其主要结构如图1 所示。

PID 控制可以抽象为数学模型：()=I P c p D P P D I K K H s K sK K K T s s T s =++++ 式中P K ，I K ，D K 为常数。

我们需要通过设计这些参数使系统达到性能指标。

图1 PID 控制系统框图系统稳定性判据根轨迹法是分析和设计线性定常控制系统的图解方法，它是开环系统某一参数不断变化时，闭环系统特征方程根在S 平面上变化的轨迹。

当开环增益或其他参数改变时，其全部数值对应的闭环节点全部可在根轨迹图上确定。

系统的稳定性由系统闭环极点唯一确定，而系统的稳态性能和动态性能又与闭环零极点在S 平面上的位置密切相关，所以根轨迹不仅可以直接给出闭环系统时间响应的全部信息，还可指明开环零点、极点应该怎样变化才能满足给定闭环系统的性能指标要求。

若根轨迹全部在S 左半平面，则不论参数怎么变化系统都是稳定的；若根轨迹在虚轴上，则系统临界稳定；若根轨迹全部在S 右半平面，则系统是不稳定的；若根轨迹在整个S 平面，则系统稳定性与开环增益K 的大小有关。

比例（P ）控制对系统的影响 我们对系统021()(2)(3)G s s s =+⋅+ 调节不同的比例系数进行比例环节控制，则系统00()()()=()c P G s G s G s K G s =⋅⋅ 取P K =1，5，10，15，20和25，系统的单位阶跃响应如图2（a ）所示。

1、比例系数K p对系统性能的影响（1）对系统的动态性能影响：K p加大，将使系统响应速度加快，K p偏大时，系统振荡次数增多，调节时间加长；；K p太小又会使系统的响应速度缓慢。

K p的选择以输出响应产生4:1衰减过程为宜。

（2）对系统的稳态性能影响：在系统稳定的前提下，加大K p可以减少稳态误差，但不能消除稳态误差。

因此K p的整定主要依据系统的动态性能。

2、积分时间T I对系统性能的影响积分控制通常和比例控制或比例微分控制联合作用，构成PI控制或PID控制。

（1）对系统的动态性能影响：积分控制通常影响系统的稳定性。

T I太小，系统可能不稳定，且振荡次数较多；T I太大，对系统的影响将削弱；当T I较适合时，系统的过渡过程特性比较理想。

（2）对系统的稳态性能影响：积分控制有助于消除系统稳态误差，提高系统的控制精度，但若T I太大，积分作用太弱，则不能减少余差。

3、微分时间T D对系统性能的影响积分控制通常和比例控制或比例积分控制联合作用，构成PD控制或PID控制。

（1）对系统的动态性能影响：微分时间T D的增加即微分作用的增加可以改善系统的动态特性，如减少超调量，缩短调节时间等。

适当加大比例控制，可以减少稳态误差，提高控制精度。

但T D值偏大或偏小都会适得其反。

另外微分作用有可能放大系统的噪声，降低系统的抗干扰能力。

（2）对系统的稳态性能影响：微分环节的加入，可以在误差出现或变化瞬间，按偏差变化的趋向进行控制。

它引进一个早期的修正作用，有助于增加系统的稳定性。

PID控制器的参数必须根据工程问题的具体要求来考虑。

在工业过程控制中，通常要保证闭环系统稳定，对给定量的变化能迅速跟踪，超调量小。

在不同干扰下输出应能保持在给定值附近，控制量尽可能地小，在系统和环境参数发生变化时控制应保持稳定。

一般来说，要同时满足这些要求是很难做到的，必须根据系统的具体情况，满足主要的性能指标，同时兼顾其它方面的要求。

PID 控制参数对系统性能的影响1. 引言PID （比例积分微分）控制自产生以来就一直是工业生产中应用最广泛的控制方法，随着电子计算机和控制领域的发展，控制器的方案也在不断丰富，但由于PID 控制法（比例、积分、微分控制法）原理简单、适用性强和鲁棒性强等特点至今仍被广泛应用。

本文对不同的受控系统改变PID 调节的各参数，采用单位阶跃响应分析法和根轨迹法对PID 控制系统进行了仿真分析，旨在对PID 调节进行更加深入细致研究。

2. PID 控制原理仿真分析PID 是基于反馈理论的调节方式，通过对误差信号()e t 进行比例、积分和微分运算，再对结果进行适当处理，从而对被控对象进行调节控制，其主要结构如图1 所示。

PID 控制可以抽象为数学模型：()=I P c p D P P D I K K H s K sK K K T s s T s=++++ 式中P K ，I K ，D K 为常数。

我们需要通过设计这些参数使系统达到性能指标。

图1 PID 控制系统框图2.1 系统稳定性判据根轨迹法是分析和设计线性定常控制系统的图解方法，它是开环系统某一参数不断变化时，闭环系统特征方程根在S 平面上变化的轨迹。

当开环增益或其他I(积分) P(比例)D(微分)R(t) 受控对象U(t)e(t)G 0(S)G C (S)参数改变时，其全部数值对应的闭环节点全部可在根轨迹图上确定。

系统的稳定性由系统闭环极点唯一确定，而系统的稳态性能和动态性能又与闭环零极点在S 平面上的位置密切相关，所以根轨迹不仅可以直接给出闭环系统时间响应的全部信息，还可指明开环零点、极点应该怎样变化才能满足给定闭环系统的性能指标要求。

若根轨迹全部在S 左半平面，则不论参数怎么变化系统都是稳定的；若根轨迹在虚轴上，则系统临界稳定；若根轨迹全部在S 右半平面，则系统是不稳定的；若根轨迹在整个S 平面，则系统稳定性与开环增益K 的大小有关。

2.2 比例（P ）控制对系统的影响我们对系统021()(2)(3)G s s s =+⋅+ 调节不同的比例系数进行比例环节控制，则系统00()()()=()c P G s G s G s K G s =⋅⋅ 取P K =1，5，10，15，20和25，系统的单位阶跃响应如图2（a ）所示。

PID控制器参数对系统性能的影响分析1、比例系数K p对系统性能的影响（1)对系统的动态性能影响：K p加大,将使系统响应速度加快，K p偏大时，系统振荡次数增多，调节时间加长；；K p太小又会使系统的响应速度缓慢。

K p的选择以输出响应产生4:1衰减过程为宜。

（2）对系统的稳态性能影响：在系统稳定的前提下，加大K p可以减少稳态误差，但不能消除稳态误差.因此K p的整定主要依据系统的动态性能.2、积分时间T I对系统性能的影响积分控制通常和比例控制或比例微分控制联合作用,构成PI控制或PID控制.(1）对系统的动态性能影响：积分控制通常影响系统的稳定性。

T I太小，系统可能不稳定，且振荡次数较多；T I太大,对系统的影响将削弱;当T I较适合时，系统的过渡过程特性比较理想。

（2）对系统的稳态性能影响：积分控制有助于消除系统稳态误差，提高系统的控制精度,但若T I太大，积分作用太弱，则不能减少余差。

3、微分时间T D对系统性能的影响积分控制通常和比例控制或比例积分控制联合作用，构成PD控制或PID控制。

（1）对系统的动态性能影响:微分时间T D的增加即微分作用的增加可以改善系统的动态特性，如减少超调量，缩短调节时间等。

适当加大比例控制，可以减少稳态误差，提高控制精度。

但T D值偏大或偏小都会适得其反。

另外微分作用有可能放大系统的噪声，降低系统的抗干扰能力。

（2)对系统的稳态性能影响：微分环节的加入，可以在误差出现或变化瞬间，按偏差变化的趋向进行控制.它引进一个早期的修正作用,有助于增加系统的稳定性.PID控制器的参数必须根据工程问题的具体要求来考虑。

在工业过程控制中，通常要保证闭环系统稳定,对给定量的变化能迅速跟踪,超调量小。

在不同干扰下输出应能保持在给定值附近，控制量尽可能地小，在系统和环境参数发生变化时控制应保持稳定。

一般来说，要同时满足这些要求是很难做到的,必须根据系统的具体情况，满足主要的性能指标,同时兼顾其它方面的要求。

实验三PID调节器及参数整定一.实验目的：通过Simulink仿真，使学生了解FID控制器的参数(P. I> D)对系统性能(动态性能和稳态性能)的影响。

二、实验设备PC机及MATLAB平台三、实验原理及方法1、模型文件的建立在命令窗口(matlab conmand window)键入simulink (或在MATLAB窗口中单击按纽岭)，就出现一个称为Simulink Library Browser的窗口。

在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称。

以往十分困难的系统仿真问题，用SIMULINK只需拖动鼠标即可轻而易举地解决问题。

若想建立一个模型文件(.mdl),则选取文件/New/Model菜单项，Simulink 就会打开一个名为Untiled的模型窗口。

2、S IMULINK环境介绍双击simulink库中模块simulink前面的"+"就出现如图所示的窗口。

此即是SIMULINK环境。

一般而言，simulink提供以下8类模块。

(1)Continuous:连续模块(2)Discrete：离散模块(3)Functions & Table:函数和表格模块(4)Math：数学模块(5)Nonlinear：线性模块(6)Signals & Systems：信号和系统模块(7)Sinks：输出设备模块(8)Sources：输入源模块3、S IMULINK仿真的运行前面我们介绍了如何创建一个Simulink模型，构建好一个系统的模型之后,接下来的事情就是运行模型，得出仿真结果。

运行一个仿真的完整过程分成三个步骤：设置仿真参数，启动仿真和仿真结果分析。

四、实验内容：1、被控制对象传递函数为G⑸一仝)°试设计PID调节器,s(s" + 30s + 200)研究比例调节器(P)、比例积分调节器(PI)、比例微分积分调节器(PID) 对系统性能的影响；原仿真系统仿真框图：原系统输出:加入PID后的仿真系统框图:加入比例调节器(P)后系统的输出:1.8 o.a 1 --------- 11 -------- 1 -------- 1 --------- 1 | -------- 1 --------- 1(---------- 1A 1 /l1i 1 1 tLi... I J 1 1r■L I .......1 J __________ !1 I i i I1!i i i1 I0.2 1235791.6 1.41.21O.G 04 加入比例积分调节器(PI)后系统的输出: 加入比例微分积分调节器(PID)后系统的输出:1.8结论：由图可知，控制器的比例增益能及时.快速地对系统进行调节，但是会降低系统稳定性降低；FI调节器提高系统稳态精度，PID调节器既提高系统稳态精度又改善系统动态性能。

实验三PID的参数整定及参数变化对系统的影响综合实验一、实验目的：1、掌握PID各校正环节的作用2、确定给定的系统PID的初始参数3、通过实验了解PID参数的变化对系统的影响二、实验原理（一）PID调节器的输入输出关系：⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⎰dt deTdtt eTt eKtMdtiC0)(1)()(式中：)(tM为调节器的输出；)(t e为误差输入；CK为比例增益；iT为积分时间；dT为微分时间（二）PID各校正环节的作用在模拟系统中，调节器最常用的调节规律是PID调节。

常规PID调节系统一般由PID调节器和被控对象组成，其原理图如下：PID调节是线性控制，将偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）通过线性组合构成调节量，对被控对象进行控制。

PID调节器各校正环节的作用如下：1、比例环节：及时成比例地反映调节系统的偏差信号，偏差一产生，调节器立即产生调节作用，以减少偏差。

2、积分环节：主要是为了消除系统的余差，提高系统的无差度。

积分作用的强弱取决于积分时间常数，越大，积分作用越弱，反之则越强。

3、微分环节：能反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得太大之前，引入一个有图1 常规PID调节系统原理效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。

（三）PID参数的变化对系统的影响一般情况下，PID调节器本着稳、准、快的控制原则须对三个参数进行初始设定，同时考虑对象特性的多样性，控制指标的不同进行整定、优化才能取得满意效果。

在PID调节参数中，比例系数KP增大，会使调节阀的动作灵敏，运行速度加快。

缺点是存在静差。

在系统稳定的情况下，增大KP值，有利于减小稳态误差，提高控制精度。

但随着KP 增大，系统响应过程中的振荡次数会增多，调节时间加长。

当KP值太大时，系统将趋于不稳定；若太小，会减低系统的响应速度。

引入积分的目的是为了消除静差，提高精度。

但积分时间TI太小，在过程的启动、结束或大幅度增减设定值时，短时间内系统输出有很大的偏差，会造成PID运算的积分积累，致使控制量超出极限控制量，最终引起系统较大的超调，甚至造成系统振荡。

PID控制参数调节对系统性能的影响摘要：PID控制器是一种广泛应用于自动控制系统中的调节器，通过调节控制器中的三个参数（比例增益、积分时间和微分时间）来实现系统的稳定性和快速响应。

本文将探讨这些参数对系统性能的影响，并提出一种基于技术方法和实验方法相结合的参数调整策略。

实验表明，适当调整PID控制参数可以明显改善系统的响应速度和稳定性。

关键词：PID控制；参数调节；系统性能；比例增益；积分时间；微分时间一、引言PID控制器是一种广泛应用于工业生产和自动控制领域的控制器，它通过对比测量值和设定值之间的误差进行反馈调节，使得系统能够快速稳定地达到设定值。

PID控制器的核心是三个参数：比例增益Kp、积分时间Ti和微分时间Td，它们分别决定了控制器对误差的比例、积分和微分修正程度。

调节PID控制器的参数是提高系统性能的关键，不同的参数组合会对系统的稳定性、响应速度和鲁棒性产生不同的影响。

因此，研究PID控制参数调节对系统性能的影响对于实现自动控制系统的优化具有重要的意义。

二、参数调节方法常用的PID参数调节方法包括试判断、经验公式、整定法和优化算法等。

试判断是一种基于经验的方法，通过试错的方式逐步调整参数，直到系统响应符合需求。

经验公式是一种常用的参数调节公式，根据系统性能要求和工作环境进行简单适配。

整定法是一种基于数学模型的方法，通过对系统动态特性进行分析和实验测量，获得合理的参数取值范围。

优化算法是一种基于优化理论的方法，通过数学处理和算法求解，寻找最优的参数组合。

对于复杂的系统和高精度要求，可以借助计算机软件模拟和实验平台进行参数调节和性能测试，以实现系统的最优化。

1.比例增益Kp：比例增益决定了控制器对误差的修正速度，过大的比例增益会导致系统震荡和不稳定，过小的比例增益会导致系统响应迟钝。

2.积分时间Ti：积分时间决定了控制器对误差的积累和累积修正程度，过小的积分时间会导致系统超调和振荡，过大的积分时间会导致系统响应迟缓。

PID控制参数对系统性能影响的分析首先，比例参数（Kp）是PID控制器的最基本的参数，它决定了响应的速度和灵敏度。

较大的比例参数会使得控制器对误差的响应更迅速，但过大的比例参数会导致系统不稳定。

因此，在选择比例参数时需要根据实际应用的需求进行合理的设置。

其次，积分参数（Ki）可以对系统的稳态误差进行校正。

当系统存在稳态误差时，可以通过增大积分参数来减小稳态误差。

然而，过大的积分参数可能会导致系统的超调和振荡。

因此，需要根据实际应用的要求选择适当的积分参数。

再次，微分参数（Kd）可以抑制系统的过冲和振荡，提高系统的稳定性。

较大的微分参数可以提高系统的抗干扰能力，但也会增加系统的噪声。

在选择微分参数时，需要考虑系统的噪声和干扰情况。

此外，PID控制器的参数还会受到系统的惯性和时间常数的影响。

在系统惯性较大或时间常数较长的情况下，通常需要增大比例参数或增加微分时间常数（Td）来提高系统的响应速度。

反之，在系统惯性较小或时间常数较短的情况下，通常需要减小比例参数或减小微分时间常数来避免超调和振荡。

此外，PID控制参数的选择还受到系统动态响应和负载变化的影响。

在系统动态响应要求较高的情况下，需要适当增大比例参数和积分参数，以提高系统的响应速度和稳态精度。

对于存在负载变化的系统，可以通过自适应控制算法来不断调整PID控制参数以适应不同的负载。

总结起来，PID控制器的性能受到比例、积分和微分参数的影响。

比例参数影响响应速度和灵敏度，积分参数影响稳态误差的校正能力，微分参数影响系统的稳定性和抗干扰能力。

在选择PID参数时，需要根据实际应用的需求、系统的惯性和时间常数、系统动态响应和负载变化等因素进行综合考虑，以使得系统在稳定性、精度和抗干扰性能上达到较好的效果。

实验三 PID 控制器设计及其参数整定一、实验目的1) 通过本实验，掌握使用Simulink 仿真设计连续和离散PID 控制器的方法。

2) 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PID 控制是最经典、应用最广泛的控制方法，是单回路控制系统主要的控制方法，是其他控制思想的基础。

本实验针对被控对象，选定控制器的调节规律，在控制器的调节规律已经确定的情况下，控制系统的品质主要决定于控制器参数的整定。

1. 连续PID 控制器本实验采用的PID 控制器传递函数为：111()(1)(1)C p d d i i G s K T S T S T S T Sδ=++=++ 或写成：()iC p d K G s K K S S=++ 有,p i d p d iK K K K T T ==其中K p 、K i 、K d 分别为比例系数、积分系数和微分系数；T i 、T d 分别为积分时间常数和微分时间常数；δ为比例度。

控制系统的Simulink 仿真图如图1所示。

连续PID 控制器如图2所示。

根据不同的参数设置，可以得到单纯的比例控制、比例积分控制、比例微分控制以及比例积分微分控制等不同的控制系统。

控制器参数的工程整定实验法，是通过对典型输入响应曲线所得到的特征量，按照动态特性参数法、衰减曲线法、临界比例度法、或经验法中的某一种方法，求得控制器的各个参数，进行工程整定，使系统的性能达到最佳。

图1 控制系统Simulink 仿真图图2 连续PID 控制器Simulink 仿真图2. 离散PID 控制器将描述模拟PID 控制器的微分方程式化为差分方程，即为数字PID 控制算法。

1()(1)()()()kp i di e k e k u k K e k K T e i K T=--=++∑因为上式包含的数字积分项，需要存储过去全部偏差量，而且累加运算编程不太方便，计算量也较大，所以在应用中，通常都是将上式改为增量算法。

PID控制器参数对系统性能的影响分析1.比例系数Kp：比例控制是PID中最基本的部分，其主要作用是根据系统误差的大小产生控制信号。

比例系数Kp的增大可以加强校正信号的作用，提高系统的响应速度，但过大的Kp可能导致系统不稳定。

因此，适当调整比例系数Kp可以实现系统稳定性和响应速度的平衡。

2.积分时间Ti：积分控制可以通过积分系统误差来消除静态误差，提高系统的稳态精度。

积分时间Ti的增大，可以增强积分作用，减小系统的稳态误差。

然而，过大的积分时间可能导致系统过度调整，引起系统振荡或不稳定。

因此，需要根据实际情况选取合适的积分时间Ti。

3.微分时间Td：微分控制可以改善系统的动态性能，抑制系统响应过程中的过冲和振荡现象。

微分时间Td的增大可以增强微分作用，提高系统的稳定性和响应速度。

然而，过大的微分时间可能引起系统噪声的放大，导致不稳定性。

因此，需要谨慎选择微分时间Td。

综上所述，PID控制器的参数设置对系统性能的影响可以总结为以下几点：1.稳定性：合理设置PID参数可以使系统保持稳定性，过大或过小的参数可能导致系统震荡或不稳定。

2.响应速度：适当调整比例系数Kp和微分时间Td可以提高系统的响应速度，但过大的Kp和Td可能引起系统振荡。

3.稳态精度：合适的积分时间Ti可以减小系统的稳态误差，提高稳态精度。

4.抗干扰性：增大比例系数Kp可以增强系统对干扰的抑制能力，提高系统的鲁棒性。

总之，PID控制器的参数设置需要根据具体的控制对象和系统要求来决定。

通过实验和调试，可以找到合适的PID参数组合，从而使系统达到较好的性能。

PID控制器参数对系统性能的影响分析PID控制器是一种用于控制系统的经典控制算法。

它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成，可以根据系统的需要进行参数调节，从而实现对控制系统性能的优化。

下面将对PID控制器的参数对系统性能的影响进行分析。

首先，比例增益Kp是PID控制器中最基本的参数。

它决定了控制器输出的响应速度和稳定性。

增大Kp会增加控制器对误差的敏感度，使得系统更快地响应控制信号，但也容易造成超调、震荡甚至不稳定。

相反，减小Kp会降低控制器对误差的敏感度，使得系统更稳定，但响应速度会变慢。

因此，合理选择比例增益Kp很重要。

其次，积分时间Ti是PID控制器中影响系统稳态性能的参数。

增大Ti可以增强积分作用，使得系统更快地消除稳态误差，但也容易引起系统的超调和震荡。

相反，减小Ti会减少积分作用，使得系统响应更加稳定，但稳态误差可能无法完全消除。

因此，合理选择积分时间Ti可以在快速消除稳态误差和保持系统稳定性之间做出权衡。

再次，微分时间Td是PID控制器中用于抗干扰和提高系统动态性能的参数。

增大Td可以增强微分作用，使得系统对干扰的响应更快，但过大的Td可能会引起系统的噪声放大和不稳定。

相反，减小Td会减弱微分作用，使得系统对干扰的响应变慢，但也可能导致系统对干扰的抑制不到位。

因此，合理选择微分时间Td可以在抗干扰和系统稳定性之间找到平衡点。

最后，PID控制器的参数调节也可以通过在线自整定算法（如Ziegler-Nichols法）或者其他自适应控制算法来实现。

这些算法可以自动调节PID控制器的参数，以达到系统最优性能。

但需要注意的是，自整定过程中会产生一些振荡和超调现象，可能会对系统产生一定的影响。

综上所述，PID控制器的参数对系统性能有着重要影响，包括响应速度、稳定性、稳态误差、抗干扰能力等方面。

正确选择和调节PID控制器的参数是提高系统性能的关键。

在实际应用中，需要通过实验或者经验来确定PID参数的合适取值，以满足具体系统的要求。

实验名称：基于MATLAB/Simulink的PID控制器参数优化仿真实验日期：2023年11月10日实验人员：[姓名]实验指导教师：[指导教师姓名]一、实验目的1. 理解PID控制器的原理及其在控制系统中的应用。

2. 学习如何使用MATLAB/Simulink进行控制系统仿真。

3. 掌握PID控制器参数优化方法，提高控制系统的性能。

4. 分析不同参数设置对系统性能的影响。

二、实验原理PID控制器是一种广泛应用于控制领域的线性控制器，它通过将比例（P）、积分（I）和微分（D）三种控制作用相结合，实现对系统输出的调节。

PID控制器参数优化是提高控制系统性能的关键。

三、实验内容1. 建立控制系统模型。

2. 设置PID控制器参数。

3. 进行仿真实验，分析系统性能。

4. 优化PID控制器参数，提高系统性能。

四、实验步骤1. 建立控制系统模型使用MATLAB/Simulink建立被控对象的传递函数模型，例如：```G(s) = 1 / (s^2 + 2s + 5)```2. 设置PID控制器参数在Simulink中添加PID控制器模块，并设置初始参数，例如：```Kp = 1Ki = 0Kd = 0```3. 进行仿真实验设置仿真时间、初始条件等参数，运行仿真实验，观察系统输出曲线。

4. 分析系统性能分析系统在给定参数下的响应性能，包括超调量、调节时间、稳态误差等指标。

5. 优化PID控制器参数根据分析结果，调整PID控制器参数，优化系统性能。

可以使用以下方法：- 试凑法：根据经验调整参数，观察系统性能变化。

- Ziegler-Nichols方法：根据系统阶跃响应，确定参数初始值。

- 遗传算法：使用遗传算法优化PID控制器参数。

6. 重复步骤3-5，直至系统性能满足要求五、实验结果与分析1. 初始参数设置初始参数设置如下：```Kp = 1Ki = 0Kd = 0```仿真结果如图1所示：从图1可以看出，系统存在较大的超调量和较长的调节时间，稳态误差较大。

PID 控制特性的实验研究实验一、实验目的1、学习并掌握利用MATLAB 编程平台进行控制系统复数域和频率域仿真的方法。

2、通过仿真实验研究并总结PID 控制规律及参数对系统特性影响的规律。

3、实验研究并总结PID 控制规律及参数对系统根轨迹、频率特性影响的规律，并总结系统特定性能指标下根据根轨迹图、频率响应图选择PID 控制规律和参数的规则。

二、实验设备安装了MATLAB 软件的电脑三、实验原理实验对象的结构框图：如图3.1-1 所示。

图3.1-1Gc(s)为控制器，改变控制器的控制规律，就可以得到不同的输出 Y(s)曲线。

控制器的控制规律常见的有比例控制P ，比例积分控制 PI ，比例微分控制 PD 和比例积分微分控制 PID 这几种。

在工业过程控制中广泛使用的控制器形式叫做 PID 控制器。

它的传递函数为： K i G (s ) = K + + K s c p sd 该控制器包括比例项，积分项和微分项。

时域的输出是：u (t ) = Ke (t ) + K ∫ e (t )dt + K de (t )工程上可以根据需要将PID 控制器分开分别使用:p i d dt 比例控制器（P ，Ki,Kd=0） G c (s ) = K p比例积分控制器（PI ，Kd=0） G (s ) = K + K ic p s比例微分控制器（PD, Ki=0） G c (s ) = K p + K d sPID 控制器在工业上广泛应用一方面是由于它能在各种不同的工作条件下保持良好的控制性能，即鲁棒性好；另一方面是由于其结构简单，便于参数调整和使用。

为了有效使用这种控制器，必须根据给定的对象确定它的三个参数：比例增益、积分增益和微分增益。

工程上称为参数整定。

采用根轨迹分析 PID 控制的控制作用时，PID 控制器传递函数：G (s ) = K + K i + K s = c p s d K d s 2 + K p s + K i = s K d (s 2 + as + b ) = sK d (s + z 1)(s + z 2)s式中 a =Kp/Kd, b=Ki/Kd 。

AP1004405---邓文星实验三 PID 控制器参数对系统性能的影响在SIMULINK 动态仿真环境中，分别利用Continuous 和Math Operations 器件库中的元件，建立下图闭环PID 模拟控制仿真系统，分别验证PID 算式中⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=⎰dt t de T dt t e T t e K t u DtI P )()(1)()(0（一）比例系数 K P 对系统性能的影响； （二）积分时间常数 T I 对系统性能的影响； （三）微分时间常数 T D 对系统性能的影响。

闭环PID 模拟控制仿真系统仿真原理图（一）比例系数 K P 对系统性能的影响1.对动态特性的影响Kp=10；输入波形：输出波形：静态误差波形：Kp=100；偏大输入波形：输出波形静态误差波形：Kp=500；太大输入波形：输出波形：静态误差波形：✓比例系数加K P大，使系统的动作灵敏，速度加快。

✓K P偏大，则振荡次数增加，调节时间加长。

✓K P太大，系统会趋于不稳定。

✓K P太小，又会使系统动作缓慢。

2.对稳态误差的影响Kp=5；稳态误差图形Kp=100稳态误差波形✓加大比例系数K P，在系统稳定的情况下，可以减少稳态误差e ss，提高控制精度。

✓但加大K P只是能够减少稳态误差e ss，不能完全消除稳态误差e ss。

（二）积分时间常数T I对系统性能的影响1.对动态特性的影响Kp=20；Ti=0.5时输入波形：输出波形：静态误差波形：T i=1时输入波形：输出波形：静态误差波形：TI=200时输出波形：没有积分波形图：✓T I太小时，系统将不稳定。

✓T I偏小，则系统振荡次数较多。

✓T I太大时，对系统性能的影响减少。

✓当T I合适时，过渡过程的特性则比较理想。

3.对稳态误差的影响稳态误差波形图T I=4；I=200时✓积分控制能消除系统的稳态误差e ss，提高控制系统的控制精度。

✓但若T I太大时，积分作用太弱，以至不能减少稳态误差e ss。