3. 推进转速环PI参数的手动整定与阶跃响应验证

整定对象与验证口径

本节在已辨识的推进系统模型上工作：转速环被控对象取一阶惯性加纯滞后近似 G(s)=K/(Ts+1)·e^(-τs)，示例取 K=1.8（rpm/%）、T=2.4 s、τ=0.35 s，采样周期 Ts=0.05 s。控制器为 PI：u=Kp·e+Ki·∫e dt，其中 Ki=Kp/Ti。执行器限幅 ±100%，反馈为转速测量值，阶跃指令从 600 rpm 升至 900 rpm（Δ=300 rpm）。

验收指标：超调量 σ%=(y_max−y_∞)/Δ×100% < 5%；调节时间 ts 取进入并保持在 ±2% 误差带内的时间，要求 ts < 6 s；同时要求无稳态误差、控制量不长时间饱和。

手动整定的操作顺序

先把积分作用暂时关闭（Ki=0，即纯比例），从较小的 Kp 开始逐级增大，观察阶跃响应：当响应出现明显等幅振荡趋势时，说明比例增益已接近临界，回退到该值的 60%~70% 作为比例基准。本例从 Kp=0.8 起试，逐步加到 Kp=2.2 时出现约 5% 超调且衰减较慢，回退取 Kp=1.6。

随后加入积分：以 Ti 从大到小（积分由弱到强）调整，先取 Ti=4.0 s 观察残差消除速度，再逐步减小到 Ti=2.6 s，此时稳态误差在 3 s 内基本消除，超调仍控制在 2% 左右。若继续减小 Ti 至 1.8 s，超调会明显增大并伴随积分饱和，因此不再继续。

两组参数的时域指标对比

表中数值为按上述模型与参数在离散仿真中得到的示例结果，用于说明判读方法；实际整定时应以本船模型与实测响应为准。B 组在超调与调节时间上均留有余量，作为最终参数。