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pid调节口决-第4章

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分调节器就有一个较大的输出。
根据PID个调节器的特点,不难得出他们的适用范围:
比例调节:对调节质量要求不高的系统,对系统余差没有过高要求,比如一些简单的液位调节,温度调节等。
比例积分调节:适用面广,对于调节对象惯性较小的系统,比如压力,流量,液位等。对于惯性较大的系统如温度系统,调节时间可能较长,超调量也较大。对于负荷变化特别剧烈的系统,由于积分作用不能及时反映,也会使得调节作用不够及时。
比例积分微分调节:PID调节综合了各类调节器的优点,具有很好的调节性能。但不是所有的对象都适合采用PID调节规律,应根据对象来确定选用PI、PD、PID调节规律。
经验值:
在实际调试中,只能先大致设定一个经验值,然后根据调节效果修改。
对于温度系统:P(%)2060,I(分)310,D(分)0。53
对于流量系统:P(%)40100,I(分)0。11
对于压力系统:P(%)3070,I(分)0。43
对于液位系统:P(%)2080,I(分)15
总之,在整定时不能让系统出现发散振荡。如出现发散振荡,应立即切为手动,等系统稳定后增大比例带、积分时间或减小微分时间,重新切换到自动。
比例带越大,过渡过程越平稳,但余差越大。比例带越小,过渡过程容易发生振荡。积分时间越小,消除余差就越快;但系统振荡会较大,积分时间越大,系统消除余差的速度较慢。微分时间太大,系统振荡次数增加,调节时间增加,微分太小,系统调节缓慢。
一句话:整定参数时要认真观察系统输出及被调量的变化情况,再根据具体情况适当修改PID参数。可以说,觉大多数控制系统采用PID调节都能满足要求。
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参数整定前要先校验传感器和执行器,这是前提;
可以先手动控制试一下,一般温度、流量、液位都是比较稳定的系统;
按经验值设定P参数,暂时关掉积分调节试着切换到自动观察阶跃响应,此时应特别注意控制器的输出,一定要判断一下回路是不是正反馈的(检查设计和接线是否有漏洞,新系统调试的时候会遇到这种情况,如:需要关开度的时候,调节器偏偏是放大开度);
速度控制回路要把电流上限和/或频率上限限定的稍微小一些,以免发散的回路震荡时造成设备损坏,回路中有手阀的可以关小(或开大,视实际情况而定)手阀开度;
如果是串级、比例控制回路,要先一个回路一个回路的整定,还应注意先内环后外环的原则。
这是我的经验,不对的地方和疏漏的地方还请大家指正,补充,谢谢 




介绍几种PID参数的整定
PID调节规律对于很多工程技术人员已经耳熟能详,它是在经典控制理论基础上发展出来的。但是,我们发现,在实际的过程控制中,很多工程技术人员对于如何正确整定这些参数往往会束手无策,甚至无从下手,本文尝试介绍几种常用的方法,以期望对大家的工作有所帮助。
控制器的参数与系统所处的稳态工况有关。一旦工况改变了,也就是过程对象的“特性”改变了,那么控制器参数的“最佳”值也就随着改变。这就意味着需要随时整定控制器的参数,以满足控制系统满足过程控制对象的快速性、准确性和稳定性要求。
以下所作介绍,都是从理论书籍中来,欢迎批评指正,交流提高。
PID其控制图如下图1所示: 

此主题相关图片如下:
 
实时控制一般要求被控过程是稳定的,对给定量的变化能够迅速响应,超调量要
小(满足一定的指标要求)且有一定的抗干扰能力。同时满足上述要求似乎是很困难的,尤其在实际应用中。但主要指标必须要满足。参数的选择可以即通过实验确定,也可以通过试凑法或者经验数据法得到。以下为这主要集中参数整定方法。

1经验数据法
PID控制器的参数整定在大量的工程实践中,逐渐被广大工程技术人员经过大量的经验积累找到了一种快捷的整定方法,就是我们现在介绍的所谓“经验法”。实际上比例、积分和微分三部分作用是相互影响的,应用经验法可避免一些重复工作,节省调试时间,尤其是在缺少一些资料和试验数据的时候。从应用的角度看,只要被控对象主要指标达到设计要求,能满足现场要求即可。长期的实践经验发现,各种不同被控对象的PID的参数都是有一定规律的,也就是说有一定的数据范围。这样就为现场调试提供了一个大致基准,可方便依据此基准迅速查找。表1给出了几种常见被控量PID参数的经验数据,可供参考。

此主题相关图片如下:

2试凑法
顾名思义,试凑法就是根据过渡过程中被调参数变化的情况进行再调整PID参数的
方法。此法边观察过程曲线(过过程变量变化情况),边修改参数,直到满意为止。
大家都知道,增大比例系数Kp会加快系统的响应速度,提高系统的快速性。但过大的
比例系数会使系统有较大的超调,有可能产生振荡使稳定性变差,并且有稳态误差。减小积分系数KI将减少积分作用(与积分常数的变化相反),有利于减少超调使系统稳定,减小系统稳态误差,但系统消除静差的速度慢。增加微分系数KD有利于加快系统的响应,使系统提前作出响应,使超调减少,稳定性增加,但缺点明显,对干扰的抑制能力差,而且整定不当反而使系统处于不稳定状态。试凑时,一般可根据以上各参数特点,对参数实行先比例、后积分、再微分的步骤进行整定。
(1) 比例部分整定。首先将积分系数KI和微分系数KD置零,取消微分和积分作用而采用纯比例控制。将比例系数Kp由小到大变化,观察系统的响应,直至响应速度快,且有一定范围的超调为止。如果系统静差在规定范围之内,且响应曲线已满足设计要求,那么只需用纯比例调节器即可。
(2) 积分部分整定。如果比例控制系统的静差达不到设计要求,这时可以加入积分作用。在整定时将积分系数KI由小逐渐增加(积分作用就逐渐增强),观察输出,系统的静差应逐渐减少直至消除(在性能指标要求下)。反复试验几次,直到消除静差的速度满意为止。注意这时的超调量会比原来加大,可能需要适当降低一些比例系数Kp。
(3) 微分部分整定。若使用比例积分(PI)控制器经反复调整仍达不到设计要求,应考虑加入微分作用。整定时先将微分系数KD从零逐渐增加(微分作用逐渐增强),观察超调量和稳定性,同时相应地微调比例系数Kp、积分系数KI,逐步试凑,直到满意为止。注意,在设计控制系统时,应使微分环节为实际微分环节,而不可以是理想微分环节。

3扩充临界比例度法
也成为扩充临界比例带法。这种方法适用于有自平衡能力的被控对象,是模拟系统
中临界比例度法的扩充。整定步骤如下:
(1) 选择一个足够短的采样周期T。所谓足够短,就是采样周期小于对象的纯滞后时间的1/10。
(2) 让系统作纯比例控制,并逐渐缩小比例度e(e=1/Kp)使系统产生临界振荡。此时的比例度和振荡周期就是临界比例度eK和临界振荡周期TK。
(3) 选定控制度。所谓控制度,就是以模拟调节器为基准,将系统的控制效果与模拟调节器的控制效果相比较,其比值即控制度。
表2位扩充临界比例度法的参数整定表。

此主题相关图片如下:
 
这样四个参数的整定问题就简化为一个参数Kp的整定问题了。改变Kp,观察控制效果,直到满意为止。
欢迎各位多提宝贵意见,交流应用心得。 



这种方法的基本程序是先根据运行经验,确定一组调节器参数,并将系统投入闭环运行,然后人为地加入阶跃扰动(如改变调节器的给定值),观察被调量或调节器输出的阶跃响应曲线。若认为控制质量不满意,则根据各整定参数对控制过程的影响改变调节器参数。这样反复试验,直到满意为止。

      经验法简单可*,但需要有一定现场运行经验,整定时易带有主观片面性。当采用PID调节器时,有多个整定参数,反复试凑的次数增多,不易得到最佳整定参数。

      下面以PID调节器为例,具体说明经验法的整定步骤:

      ⑴让调节器参数积分系数S0=0,实际微分系数k=0,控制系统投入闭环运行,由小到大改变比例系数S1,让扰动信号作阶跃变化,观察控制过程,直到获得满意的控制过程为止。

      ⑵取比例系数S1为当前的值乘以0。83,由小到大增加积分系数S0,同样让扰动信号作阶跃变化,直至求得满意的控制过程。

      ⑶积分系数S0保持不变,改变比例系数S1,观察控制过程有无改善,如有改善则继续调整,直到满意为止。否则,将原比例系数S1增大一些,再调整积分系数S0,力求改善控制过程。如此反复试凑,直到找到满意的比例系数S1和积分系数S0为止。

      ⑷引入适当的实际微分系数k和实际微分时间TD,此时可适当增大比例系数S1和积分系数S0。和前述步骤相同,微分时间的整定也需反复调整,直到控制过程满意为止。

      注意:仿真系统所采用的PID调节器与传统的工业 PID调节器有所不同,各个参数之间相互隔离,互不影响,因而用其观察调节规律十分方便。

PID参数是根据控制对象的惯量来确定的。大惯量如:大烘房的温度控制,一般P可在10以上;I=3…10;D=1左右。小惯量如:一个小电机带一水泵进行压力闭环控制,一般只用PI控制。P=1…10;I=0。1…1;D=0;这些要在现场调试时进行修正的。

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