簡(jiǎn)介:PID參數(shù)整定,于玲浙江大學(xué)控制系2014/03/09,OUTLINE,PID控制器選擇單回路PID控制器參數(shù)整定防積分飽和和無擾動(dòng)切換,對(duì)于某一動(dòng)態(tài)特性未知的廣義被控過程,如何選擇PID控制器形式,并整定PID控制器參數(shù),單回路PID控制系統(tǒng)應(yīng)用問題,工業(yè)PID控制器的選擇,1當(dāng)工業(yè)對(duì)象具有較大的滯后時(shí),可引入微分作用;但如果測(cè)量噪聲較大,則應(yīng)先對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行一階或平均濾波。,PID參數(shù)整定的概念,PID工程整定法1經(jīng)驗(yàn)法,針對(duì)被控變量類型的不同,選擇不同的PID參數(shù)初始值,投運(yùn)后再作調(diào)整。盡管簡(jiǎn)單,但即使對(duì)于同一類型的被控變量,如溫度系統(tǒng),其控制通道的動(dòng)態(tài)特性差別可能很大,因而經(jīng)驗(yàn)法屬最為“粗糙”的整定法。(具體整定參數(shù)原則見P58表32),工程整定法2閉環(huán)整定法,1、先切除PID控制器中的積分與微分作用(即將積分時(shí)間設(shè)為無窮大,微分時(shí)間取為0),設(shè)置比例增益KC為一個(gè)較小值,并投入閉環(huán)運(yùn)行;2、將設(shè)定值作小幅度的階躍變化,觀察測(cè)量值的響應(yīng)變化情況;3、逐步增大KC的取值,對(duì)于每個(gè)KC值重復(fù)步驟2中的過程,直至產(chǎn)生等幅振蕩;4、設(shè)等幅振蕩的振蕩周期為PU、產(chǎn)生等幅振蕩的控制器增益為KCU。,閉環(huán)整定法,由純比例控制下的等幅振蕩曲線,獲得臨界控制器增益KCU與臨界振蕩周期TU,并按下表得到正常工作下的控制器參數(shù)。,閉環(huán)整定法,臨界比例度法的局限性生產(chǎn)過程有時(shí)不允許出現(xiàn)等幅振蕩,或者無法產(chǎn)生正常操作范圍內(nèi)的等幅振蕩。,閉環(huán)整定法,在手動(dòng)狀態(tài)下,改變控制器輸出(通常采用階躍變化),記錄被控變量的響應(yīng)曲線;根據(jù)單位階躍響應(yīng)曲線求取“廣義對(duì)象”的近似模型與模型參數(shù);根據(jù)控制器類型與對(duì)象模型,選擇PID參數(shù)并投入閉環(huán)運(yùn)行。根據(jù)系統(tǒng)閉環(huán)響應(yīng)情況,增大或減少控制器增益KC直至滿意為止。,工程整定法3開環(huán)整定法,開環(huán)整定法,獲得廣義對(duì)象模型,對(duì)象的近似模型,開環(huán)整定法ZIEGLERNICHOLS法,注意上述整定規(guī)則僅限于,開環(huán)整定法LAMBDA法,,注意上述整定規(guī)則不受Τ/T取值的限制,,廣義對(duì)象特性參數(shù)K175T65,Τ33MIN若采用PI控制器,ZN法KC10,TI11MINLAMBDA法KC056,TI65MIN,開環(huán)整定法,,廣義對(duì)象特性參數(shù)K175T65,Τ63MIN若采用PI控制器,ZN法KC053,TI208MINLAMBDA法KC030,TI65MIN,開環(huán)整定法,繼電器型PID自整定器,具有繼電器型非線性控制系統(tǒng),問題分析上述非線性系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩的情況,繼電器輸入輸出信號(hào)分析,周期信號(hào)的FOURIER級(jí)數(shù)展開,一個(gè)以T為周期的方波函數(shù)FT可以展開為,假設(shè)繼電器的幅值為D,則繼電器輸出的一次諧波,繼電器型控制回路的等幅振蕩,假設(shè)一次諧波分量占優(yōu)對(duì)象具有低通特性則繼電器輸入信號(hào)的振幅A為,系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩時(shí)滿足,再由臨界比例度法自動(dòng)確定PID參數(shù),繼電器型PID自整定舉例,,,,,TI整定原則TI010MIN或TI005MINKC整定原則控制增益可人工調(diào)整,但對(duì)于設(shè)定值的階躍變化,實(shí)際流量不應(yīng)出現(xiàn)超調(diào)。,流量回路整定,特點(diǎn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,純滯后時(shí)間接近零,測(cè)量噪聲大,比較控制器的比例增益與積分增益,流量回路整定,液位回路,試分析兩個(gè)液位回路的不同之處,液位回路的動(dòng)態(tài)特性,不少液位對(duì)象為非自衡的積分過程,無法進(jìn)行階躍響應(yīng)測(cè)試。當(dāng)進(jìn)料流量變化為主要擾動(dòng)時(shí),對(duì)于液位控制回路,可能存在兩種不同的控制目標(biāo)1常規(guī)液位控制,也稱“緊液位控制”2液位均勻控制,也稱“平均液位控制”,常規(guī)液位控制,控制目標(biāo)是使液位與其設(shè)定值的偏差盡可能小,對(duì)MV(如輸出流量)的波動(dòng)則無限制。假設(shè)該液位過程為自衡過程,則可采用階躍響應(yīng)獲取K、T、Τ,并可采用常規(guī)的參數(shù)整定法假設(shè)該液位過程為非自衡過程,常采用PI控制器,而且控制增益大、積分作用弱(即接近純比例控制器),液位控制仿真舉例,液位均勻控制,控制目標(biāo)是使操作變量(如儲(chǔ)罐輸出流量)盡可能平緩,以減少對(duì)下游裝置的干擾,而貯罐液位允許在上下限之間波動(dòng)。液位均勻控制常采用比例控制器(在實(shí)際應(yīng)用中,可采用PI控制器,并選擇積分時(shí)間足夠大,以減少積分作用)。比例增益的整定原則比例增益應(yīng)盡可能小,只要液位的波動(dòng)幅度不超過允許的上下限(對(duì)于可能的大幅度輸入流量干擾)。,液位均勻控制系統(tǒng)的分析,假設(shè)被控過程的動(dòng)態(tài)方程為,其中A為儲(chǔ)罐的截面積。假設(shè)液位變送器與控制閥滿足,液位均勻控制系統(tǒng)的分析(續(xù)),對(duì)于某一純比例控制器,GC-KC,,PID控制的“積分飽和”問題,問題當(dāng)存在大的外部擾動(dòng)時(shí),很有可能出現(xiàn)控制閥調(diào)節(jié)能力不夠的情況,即使控制閥全開或全關(guān),仍不能消除被控輸出YT與設(shè)定值YSPT之間的誤差。此時(shí),由于積分作用的存在,使調(diào)節(jié)器輸出UT無限制地增大或減少,直至達(dá)到極限值。而當(dāng)擾動(dòng)恢復(fù)正常時(shí),由于UT在可調(diào)范圍以外,不能馬上起調(diào)節(jié)作用;等待一定時(shí)間后,系統(tǒng)才能恢復(fù)正常。,單回路系統(tǒng)積分飽和仿真結(jié)果,單回路系統(tǒng)的防積分飽和,討論正常情況為標(biāo)準(zhǔn)的PI控制算法;而當(dāng)出現(xiàn)超限時(shí),自動(dòng)切除積分作用。,,可以嗎,單回路系統(tǒng)的抗積分飽和舉例,工業(yè)單回路PID控制器,PID1,PID2,手自動(dòng)無擾動(dòng)切換,實(shí)現(xiàn)方式AUTO自動(dòng)狀態(tài),使手操器輸出等于調(diào)節(jié)器的輸出;MAN手動(dòng)狀態(tài),使調(diào)節(jié)器輸出等于手操器的輸出。,
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