【正文】 際運行中進行最后的調(diào)整與完善。此時調(diào)節(jié)器的比例度為臨界比例度δ k，被調(diào)參數(shù)的工作周期為為臨界周期 Tk。穩(wěn)定后，適當減小比例度，在外界干擾作用下，觀察過程變化情況，尋取系統(tǒng)等幅振蕩臨界狀態(tài)，得到臨界參數(shù)。多數(shù)情況下系統(tǒng)均能穩(wěn)定運行狀態(tài)，如果還未達到理想控制狀態(tài)，進需要對參數(shù)微調(diào)即可。 4： 1 衰減曲線法整定調(diào)節(jié)器參數(shù) ,在 純比例度作用下的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在比例度逐漸減小時，出現(xiàn) 4： 1 衰減振蕩過程，此時比例度為 4： 1衰減比例度δ s，兩個相鄰同向波峰之間的距離為 4:1衰減操作周期 TS，如下圖所示 陽泉 學院 — 畢業(yè)設計說明書 １２ 4： 1 衰減曲線法整定 PID 參數(shù)步驟如下： (1)將調(diào)節(jié)器積分時間設定為無窮大、微分時間設定為零（即 Ti＝∞， Td＝0），比例度適當取值，調(diào)節(jié)系統(tǒng)按純比例作用投入。 (2)根據(jù)δ s和 Ts值按以下公式計算出調(diào)節(jié) 器整定參數(shù) ,如表 ： 表 4： 1 衰減曲線法 PID 參數(shù)整定經(jīng)驗公式 調(diào)節(jié)規(guī)律 調(diào)節(jié)器參數(shù) 比例度 δ，單位：％ 積分時間 Ti，單位： min 微分時間 Td，單位： min P δ s PI δ s Ts PID δ s Ts Ts (3)將比例度放在比計算值略大的數(shù)值上，逐步引入積分和微分作用。 10： 1衰減曲線法整定調(diào)節(jié)器參數(shù) 在部分調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由于采用 4： 1衰減比仍嫌振蕩比較厲害，則可采用 10：1的衰減過程，如下圖所示。 陽泉 學院 — 畢業(yè)設計說明書 １３ 10： 1 衰減曲線法 整定調(diào)節(jié)參數(shù)步驟和 4： 1 衰減曲線法完全一致，僅采用的整定參數(shù)和經(jīng)驗公式不同。 (2)逐漸增大比例系數(shù) KP，直到系統(tǒng)出現(xiàn)穩(wěn)定等幅振蕩，即臨界振蕩過程。 (3)按照下表的經(jīng)驗公式以及對應的調(diào)節(jié)器類型整定相應的 PID 參數(shù)，然后再進行仿真校驗和微調(diào)。本文主要通過試湊法來確定 PID 控制器參數(shù)。但過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有較大的超調(diào) ,并產(chǎn)生振蕩使穩(wěn)定性變差。增加微分系數(shù) KD 有利于加快系統(tǒng)的響應 ,是超調(diào)減少 ,穩(wěn)定性增加 ,但對干擾的抑制能位 置會減弱。 陽泉 學院 — 畢業(yè)設計說明書 １４ PID 控制器的設計 比例部分整定 首先將積分系數(shù) KI和微分系數(shù) KD取零 ,即取消微分和積分作用 ,采用純比例控制。如果系統(tǒng)靜差在規(guī)定范圍之內(nèi) ,且響應曲線已滿足設計要求 ,那么只需用純比例調(diào)節(jié)器即可。在整定時將積分系數(shù) KI 由小逐漸增加 ,積分作用就逐漸增強 ,觀察輸出會發(fā)現(xiàn) ,系統(tǒng)的靜差會逐漸減少直至消除。注意這時的超調(diào)量會比原來加大 ,應適當?shù)慕档鸵稽c比例系數(shù) KP。雖然 Cleve Moler 教授開發(fā)它的初衷是為了更簡單、更快捷地解決矩陣運算，但 MATLAB 現(xiàn)在的發(fā)展已經(jīng)使其成為一種集數(shù)值運算、符號運算、數(shù)據(jù)可視化、圖形界面設計、程序設計、仿真等多種功能于一體的集成軟件。它可以針對控制系統(tǒng)、信號處理及通信系統(tǒng)等進行系統(tǒng)的建模、仿真、分析等工作。 SIMULINK 工具箱中主要有以下內(nèi)容，如圖 。 SIMULINK 特點 ： (1)框圖式建模 SIMULINK 提供了一種圖形化的建模方式，所謂圖形化建模指的是用 SIMULINK 中豐富的按功能分類的模塊庫，幫助用戶輕松地建立起動態(tài)系統(tǒng)的模型 (模型 用模塊組成的框圖表示 )。整個建模的過程只需用鼠標進行單擊和簡單拖動即可實現(xiàn)。從建模角度講，用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型；從分析研究角度講，用戶可以從最高陽泉 學院 — 畢業(yè)設計說明書 １６ 級觀察模型，然后雙擊其中的子系統(tǒng)，來檢查下一級的內(nèi)容，以此類推，從而看到整個模型的細節(jié)，幫助用戶理解模型的結(jié)構(gòu)和各個模塊之間的關系。菜單方式對于交互工作特別方便，而命令行方式對大量重復仿真很有用。仿真的結(jié)果可以以圖形的方式顯示在類似于示波器的窗口內(nèi)，也可以將輸出結(jié)果以變量的方式保存起來，并輸入到 MATLAB 中。 (3)專用模塊庫 (Blocksets) SIMULINK 提供了許多專用模塊庫，如 DSP Blocksets 和 Communication Blocksets 等。 (4） 與 MATLAB 的集成 由于 MATLAB 和 SIMULINK 是集成在一起的，因此用戶可以在這兩種環(huán)境中對自己的模型進行仿真、分析和修改。 圖 電液伺服位置 控系統(tǒng)的仿真模型圖 此次仿真中主要在 MATLAB 環(huán)境中啟動 SIMULINK，起啟動方法： (1)在 MATLAB 的命令窗口中輸入 simulink 命令； (2)單擊 MATLAB 工具條上的 SIMULINK 圖標 。 陽泉 學院 — 畢業(yè)設計說明書 １７ 圖 SIMULINK 庫瀏覽器 窗口的左半部分是 SIMULINK 所有的庫的名稱，第一個庫是 SIMULINK 庫，該庫為 SIMULINK 的公共模塊庫， SIMULINK 庫下面的模塊庫為專業(yè)模塊庫，服務于不同專業(yè)領域的，普通用戶很少用到。窗口的右半部分是對應于左窗口打開的庫中包含的子庫或模塊。其中包含了 SIMULINK 仿真所需的基本模塊。 即可打開一個名為 untited 的空的模型窗口，如圖 所示。 (1)菜單欄：與 Windows 菜單欄類似，其中 Simulation 一項在仿真配置中很重要。 (3)狀態(tài)欄：以圖 為例，“ Ready”表示建模已完成；“ 100%”表示編輯框模型的顯示比例；“ ode45”表示仿真所采用的算法。 den=[1 *10e2 *10e4 *10e6 *10e3]。 控制器的仿真分析 比例控制器（ P） 圖 比例 P控制 由此可知道隨著的增加系統(tǒng)響應的速度加快，超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差變大，穩(wěn)定時間也變長；若較小，系統(tǒng)的響應時間又太長。 陽泉 學院 — 畢業(yè)設計說明書 ２０ 比例控制器（ PI） 圖 PI 控制的 系統(tǒng)階躍響應曲線 由以上 PI 控制的系統(tǒng)階躍響應曲線跟蹤及穩(wěn)態(tài)誤差圖可知，加入 PI 校正后系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)值為 1，即穩(wěn)態(tài)誤差為零，系統(tǒng)的輸出量最終能夠無差地跟蹤設定值變化。明顯單在 PI 控制下該系統(tǒng)還未能滿足系統(tǒng)各性能的要求，下面嘗試用 PD校正來改善。但穩(wěn)態(tài)誤差不為零，所以還需尋找另外的校正方式解決這個問題，在這種情況下，如果希望系統(tǒng)各方面的性能指標都達到 一個滿意的程度，一般都要采用典型的 PID校正，下面嘗試用 PID 校正。 系統(tǒng)在不同給定信號的響應曲線 圖 給定信號為階躍時，系統(tǒng)的響應曲線 圖 給定信號為方波時，系統(tǒng)的響應曲線 陽泉 學院 — 畢業(yè)設計說明書 ２３ 圖 給定信號為正弦波（ F=1HZ）時，系統(tǒng)的響應曲線 由于電液伺服位置控系統(tǒng)具有響應快的特點，從圖 ，無論是給定階躍波形、方波還是正弦波， PID控制器都能較快地跟蹤給定波形，并且能夠達到一定的精度。因此， PID控制器可以使系統(tǒng)反饋回來的位置信號較快，并且準確地達到理想狀態(tài)。并且每間隔 1S產(chǎn)生一次擾動。 陽泉 學院 — 畢業(yè)設計說明書 ２６ 總 結(jié) 在開始本設計之前，本人仔細閱讀了電液伺服控制系統(tǒng)的相關內(nèi)容，介紹了電液伺服控制技術的發(fā)展歷史以及未來發(fā)展趨勢，本設計主要是研究典型電液位置伺服控制系統(tǒng)的控制，以工件疲勞試驗機為此次電液位置伺服控制系統(tǒng)中的控制對象，通過對各種控制方法的對比，根據(jù)工件疲勞試驗機系統(tǒng)的特性以及在現(xiàn)實運行過程中的經(jīng)濟性，最后本設計決定為該系統(tǒng)設計一個滿足其工作性能的PID控制器，在設計 PID過程中主要運用 Matlab/Simulink模塊進 行仿真，通過對系統(tǒng)階躍響應曲線跟蹤及穩(wěn)態(tài)誤差圖的分析，結(jié)合臨界增益和臨界周期 T的 ZN整定法對 PID參數(shù)進行整定，不斷對參數(shù)進行試湊，最后得出一個穩(wěn)定且穩(wěn)定誤差幾乎為零，響應速度夠快，超調(diào)量合適的控制系統(tǒng)。由于本人的知識水平有限，在設計過程中也許很多問題還未能全面考慮，希望老師以及同學能給以更好的建議，再次感謝老師的指導和同學的幫助。 陽泉 學院 — 畢業(yè)設計說明書 ２７ 參考文獻 [1] belkacemi， ， ， ， Control of a Water Supply System[J]. 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