Лабораторная работа № 1. Экспериментальный метод Зиглера-Никольса

Лабораторная работа № 1

Экспериментальный метод Зиглера-Никольса

Цель работы: Изучение одного из методов настройки параметров ПИД-регулятора.

Теоретическая часть: ПИД- регуляторы являются одними из наиболее распространенных в промышленности регуляторов параметров технологических объектов. ПИД- регуляторы включают 3 параллельно включенных канала:

- пропорциональный канал с передаточной функцией W(S) = К_П;

- интегрирующий (интегральный) канал с передаточной функцией

- дифференцирующий (дифференциальный) с передаточной функцией

Параметрами настройки ПИД-регулятора являются коэффициенты усиления каналов К_П, К_И, К_Ди постоянная времени Т_Д.

Если дифференцирующий канал отключается (коэффициент К_Д устанавливается равным 0), то получаем ПИ-регулятор. Если и дифференцирующий и интегрирующий каналы отключены – получаем П-регулятор.

Схема системы с ПИД-регулятором приведена на рисунке 1.

Рис.1 – Схема САР с ПИД-регулятором

Существуют различные методы настройки параметров ПИ- и ПИД-регуляторов. Одним из таких методов является экспериментальный метод Зиглера-Никольса. Настройка параметров ПИ- и ПИД-регуляторов по этому методу включает следующие этапы:

1. Отключить И и Д каналы регулятора (их коэффициенты усиления сделать нулевыми).

2. Постепенно увеличивая коэффициент усиления пропорционального канала К_П добиться незатухающих колебаний в системе (колебания с постоянной амплитудой смотри рис. 2).

Рис.2 – График переходного процесса с незатухающими колебаниями

3. Получившееся значение К_Побозначим К_П^*.

4. Зафиксировать период колебаний (обозначим его Т^*, см. рис.2).

5. Определить параметры ПИ и ПИД регулятора при помощи формул, приведенных в таблице.

Регулятор	К_П	К_И	К_Д
ПИ	0,45К_П^*	0,54К_П^/Т^
ПИД	0,6К_П^*	1,2К_П^/Т^	0,075К_П^Т^

6. Настроить регулятор.

Ход работы:

Собрать в SIMULINK MATLAB схему САР (в соответствии с рис.1). При этом объект управления в схему введите в соответствии с заданным вариантом.

Настроить ПИ-регулятор и выполнить моделирование переходных процессов и записать их характеристики (время регулирования, перерегулирование и число колебаний за время регулирования):

- при отработке задания 1(t) (при этом возмущение нулевое);

- при подавлении возмущения 1(t) (при этом задание нулевое).

Настроить ПИД регулятор. Выполнить моделирование переходных процессов и записать их характеристики:

- при отработке задания 1(t);

- при подавлении возмущения 1(t).

Сравнить качество регулирования ПИ- и ПИД-регуляторов.

Попробуйте вручную подстроить ПИД-регулятор и добиться наилучшего качества переходных процессов. Запишите показатели переходного процесса.