内容发布更新时间 : 2024/6/3 20:29:18星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

构建好仿真平台后，开始进行PID参数的调节，这是一个充满挑战性的任务。在选取的时候，增大比例增益Kp会增加超调，同时会减小系统响应时间。而积分环节则可以消除稳态误差，但会增加系统调节时间。微分作用的增大会加重系统的震荡，加快了系统反应时间，超调增加。经过多次尝试，结合计算机对参数自动进行整定，最终选定PID控制器的三个参数为：

Kp=0.015，Ki=0.0001，Kd=0.5。

得到此闭环系统的阶跃响应曲线如下图（从上到下依次为h1、h2、h3）：

从上图可以看出，h1、h2、h3的最大超调量为2.5，小于容器的高5m，故水不会溢出，此控制系统可以正常运行。其调节时间小于500s,满足系统的控制需求。

3.2 阶梯式三容水箱的串级PID控制

此阶梯式三容水箱液位控制系统的串级控制系统由主控、副控两个回路组成。主控回路中的调节器称主调节器，控制对象为容器T3，系统的主控制量为容器T3的液位h3。副控回路中的调节器称副调节器，控制对象为容器T2，系统

的副控制量为容器T2的液位h2。其中，主调节器的输出是副调节器的输入设定值，因而副控回路是一个随动控制系统。比例阀由副调节器的的输出直接驱动，从而达到控制容器T3液位h3的目的。

此串级调速控制系统的原理图如下：

设定值PID控制器PID控制器执行器Ga容器T1h1容器T2h2容器T3h3

在简单PID控制框图的基础上稍加修改，便得到了三容水箱液位串级PID控制系统的仿真框图，具体如下：

考虑到串级PID控制系统含有两个PID控制器，参数整定起来比较复杂，故我们直接通过计算机对参数进行整定，得到一组整定好参数如下： 主PID控制器：Kp=1.8339，Ki=0.0004，Kd=-2546 副PID控制器：Kp=0，Ki=6.1380e-7，Kd=0

其阶跃响应曲线如下（从上到下依次为h1、h2、h3）：

从上图可以看出，此串级控制系统的控制效果并不好，虽然其超调量很小，但调节时间很慢，已经超过了25000s,远远大于简单PID控制系统的调节时间。这并不能说明串级PID控制不如简单PID控制，而是串级PID参数比较多，很难整定得到一组较好的参数，故其控制效果可能要差于简单PID控制。

3.3 水平式三容水箱的简单PID控制

在此我们以T3的液位高度h3作为反馈信号，选择PID控制器构建控制系统，其控制原理图如下：

设定值PID控制器执行器Ga三容水箱系统Gsh3

在matlab的simulink仿真平台上搭建此控制系统，以PID控制器的输出信号作为阀门VT0的输入信号，以h3作为被控变量，画出框图如下所示：

经过多次尝试，结合计算机对参数自动进行整定，最终选定PID控制器的三个参数为：

Kp=0.03,Ki=0.0001,Kd=0

在这组控制参数的作用下，此控制系统的阶跃响应曲线如下图（从上到下依次为h1、h2、h3）：

从上图中可以看出加入PID控制器之后此三容水箱液位控制系统的性能明显得到了改善，不仅静差为0，而且调节时间也变得很短（小于500s），满足的系统的性能指标要求。

3.4 水平式三容水箱串级PID控制

此水平式三容水箱液位控制系统的串级控制系统由主控、副控两个回路组成。主控回路中的调节器称主调节器，控制对象为容器T3，系统的主控制量为容器T3的液位h3。副控回路中的调节器称副调节器，控制对象为容器T2，系统

的副控制量为容器T2的液位h2。其中，主调节器的输出是副调节器的输入设定值，因而副控回路是一个随动控制系统。比例阀由副调节器的的输出直接驱动，从而达到控制容器T3液位h3的目的。

此串级PID控制系统的原理图如下：

设定值PID控制器PID控制器执行器Ga容器T1h1容器T2h2容器T3h3

在简单PID控制框图的基础上稍加修改，便得到了三容水箱液位串级PID控制系统的仿真框图，具体如下：

考虑到串级PID控制系统含有两个PID控制器，参数整定起来比较复杂，故我们直接通过计算机对参数进行整定，得到整定好的一组参数如下： 主PID控制器：Kp=3.93，Ki=0.0049，Kd=641.3849 副PID控制器：Kp=0，Ki=0.0001，Kd=0

其阶跃响应曲线如下（从上到下依次为h1、h2、h3）：