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P ID控制器参数整定方法的介绍

生命白道 149

前言:

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P ID控制(比例 P ro p ortion 积分 I nte g r alI 微分 D ifferential), 它利用系统的误差的微分和积分信号共同来构成控制规律 对被控系统进行调节 具有实现方便 成本低 效果好 适用范围广等优点 因而在实际控制工程中得到了广泛的应用. 目前 尽管各类先进控制理论与方法层出不穷 通过被控对象建模 设计先进的控制算法可以得到很好的控制效果 但P ID控制器在实际工程控制应用中所占的比例仍很高。这主要是因为对实际工程控制系统而言控制对象的数学模型一般难以建立 其参数一般也会发生变化 若应用先进控制理论的方法来调节系统 往往需要付出很大的代价 所以考虑控制系统设计与实现的成本要求 实际工程控制应用往往还是采用P ID控制器.因此,我们对于P ID控制器研究的重点主要是关于 P ID控制器参数整定方法的介绍。

PID控制器的设计需要使用基本概念 在估算的基础上 经过若干次尝试达到设计的目的. 在设计过程中 仿真方法的应用会带来指导性的帮助. 不同的控制系统对性能指标要求也不同 如恒值控制系统对稳定性和稳态精度要求很高 而随动系统则对快速性期望较高. 在制定指标时 一方面要做到有所侧重 另一方面还要切合实际 能达到系统正常工作即可 不应追求不切实际的高性能指标.

一般要求较高的控制系统采用闭环控制系统 闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出,形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈,若反馈信号与系统给定值信号相反,则称为负反馈( Negative Feedback),若极性相同,则称为正反馈,一般闭环控制系统均采用负反馈,又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统,眼睛便是传感器,充当反馈,人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛,就没有了反馈回路,也就成了一个开环控制系统。另例,当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净,并在洗净之后能自动切断电源,它就是一个闭环控制系统。

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PID参数的设定:是靠经验及工艺的熟悉,参考测量值跟踪与设定值曲线,从而调整P\I\D的大小。 PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照:

温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s 压力P: P=30~70%,T=24~180s, 液位L: P=20~80%,T=60~300s, 流量L: P=40~100%,T=6~60s。

书上的常用口诀:  

参数整定找最佳,从小到大顺序查 先是比例后积分,最后再把微分加 曲线振荡很频繁,比例度盘要放大 曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳 曲线偏离回复慢,积分时间往下降 曲线波动周期长,积分时间再加长 曲线振荡频率快,先把微分降下来 动差大来波动慢。微分时间应加长 理想曲线两个波,前高后低4比1 一看二调多分析,调节质量不会低。

这是一种经验法。这种方法实质上是一种试凑法,它是在生产实践中总结出来的行之有效的方法,并在现场中得到了广泛的应用。

实际例子

除氧器水位,大迟滞时间特性,积分时间要足够长。为什么?看曲线、看系统、懂设备,多摸索

而氨蒸发器压力控制,小积分时间特性,比例带要大、积分时间要短。

对于汽包水位这种高要求系统,多输入、多输出影响的控制对象特性,双回路、前馈方式,就要在控制策略上,加入串级控制,前馈信号。

正如口诀所言。控制稳定的情况是不震荡而衰竭或者是振荡衰减型。

调节品质好坏判断的三字诀:稳、准、快,也是调节参数设定的优先顺序。

从上图参数变动趋势可以看出,比例控制可以加快系统响应,但不能消除稳态误差,过大时,会出现大幅震荡;积分作用可以消除稳态误差,但积分作用缓慢,可调节积分时间常数控制积分作用的强弱,太强时(积分时间小)也会出现小幅等幅震荡;微分作用具有预测功能,适用于具有较大惯性的被控对象,小惯性环节不宜使用,否则会出现震荡。

不同厂家的控制器有的时候使用的不是比例系数和积分时间,而是它们的倒数,这个时候参数的大小正好与例子中的大小所对应的趋势正好相反。这一点要引起注意。如图一,使用的是比例度及比率。

另外,为了确认PID参数,是大了还是小了。看趋势的时间一定要长。实际的被控系统中。被控参数,总是有波动的,要区分参数自身的波动还是控制引起的波动是很重要的一点。所以要结合被控执行机构的动作幅度以及频率来判断。我们做趋势的时候,要把目标值、被控参数和执行器的指令以及反馈都要做到同一张趋势图上,这样才便于分析。

另外,根据工程实际,也会有一些跟进的改进技术路线,如带死区的PID控制、模糊-PID、蚁群算法的PID参数优化制等。如模糊算法控制器根据控制对象的不同的偏差要求,采取变参数的控制方式。

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