PID參數(shù)整定.ppt

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1、PID控制器的參數(shù)整定戴連奎浙江大學(xué)智能系統(tǒng)與決策研究所2001/08/18常用的工業(yè)PID控制器P：PID：PI：Kc對過渡過程的影響增益Kc的增大，使系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用增強(qiáng)，但穩(wěn)定性下降（當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時，調(diào)節(jié)頻率提高、最大偏差下降）；Ti對系統(tǒng)性能的影響積分作用的增強(qiáng)（即Ti下降），使系統(tǒng)消除余差的速度增強(qiáng)，但穩(wěn)定性下降；PID參數(shù)對控制性能的影響Td對系統(tǒng)性能的影響微分作用的增強(qiáng)（即Td增大），從理論上講使系統(tǒng)的超前作用增強(qiáng)，穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，但高頻噪聲起放大作用。因而，微分作用不適合于測量噪聲較大的對象。PID參數(shù)對控制性能的影響(續(xù))工業(yè)PID控制器的

2、選擇*1：當(dāng)工業(yè)對象具有較大的滯后時，可引入微分作用；但如果測量噪聲較大，則應(yīng)先對測量信號進(jìn)行一階或平均濾波。問題：選擇原則分析。常規(guī)控制系統(tǒng)分析舉例問題：對于上圖所示的“一階+純延遲”廣義對象，通常采用PI調(diào)節(jié)器對其進(jìn)行控制。假設(shè)Kc*Kp=1，試分析閉環(huán)系統(tǒng)的臨界穩(wěn)定條件，并給出各參數(shù)（Ti、Tp、τ）對穩(wěn)定性的影響。PID工程整定法1-經(jīng)驗(yàn)法針對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。盡管簡單，但即使對于同一類型的被控變量，如溫度系統(tǒng)，其控制通道的動態(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。工程整定法2-臨界比例

3、度法步驟：（1）先將切除PID控制器中的積分與微分作用，取比例增益KC較小值，并投入閉環(huán)運(yùn)行；（2）將KC由小到大變化，對應(yīng)于某一KC值作小幅度的設(shè)定值階躍響應(yīng)，直至產(chǎn)生等幅振蕩；（3）設(shè)等幅振蕩時所對應(yīng)的振蕩周期為Tcr、控制器增益Kcr，再根據(jù)控制器類型選擇PID參數(shù)（p48,表1-9）。局限性：生產(chǎn)過程有時不允許出現(xiàn)等幅振蕩，或者無法產(chǎn)生等幅振蕩?！八p振蕩法”工程整定法3-響應(yīng)曲線法步驟：（1）在手動狀態(tài)下，改變控制器輸出（通常采用階躍或方塊脈沖變化），記錄被控變量的響應(yīng)曲線；（2）由開環(huán)響應(yīng)曲線獲得階躍響應(yīng)曲線，并求取“廣義對象”的近似模型與模

4、型參數(shù)；（3）根據(jù)控制器類型與對象模型，選擇PID參數(shù)并投入閉環(huán)運(yùn)行。在運(yùn)行過程中，可對增益KC作恰當(dāng)調(diào)整。工程整定法3-響應(yīng)曲線法(續(xù))常用參數(shù)整定規(guī)則：（1）Z-N（Ziegler-Nichols）規(guī)則（p.50,表1-10）特點(diǎn)：適合于存在明顯純滯后的自衡對象，而且廣義對象的階躍響應(yīng)曲線可用“一階+純滯后”來近似。（2）修正的Z-N規(guī)則特點(diǎn)：適合于自衡對象，而且廣義對象的階躍響應(yīng)為“S”型曲線，即無振蕩單調(diào)上升或下降曲線。常見的現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本調(diào)節(jié)回路的診斷將控制器置于“手動”方式，人為改變控制器的輸出信號（遙控），檢測現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥閥桿是否上下移動；

5、如果閥桿上下移動自如，檢查相關(guān)流量/壓力等測量信號是否隨之變化。若變化很小，則檢查測量信號是否正常，或者調(diào)節(jié)閥上游閥和下游閥是否全開，或者旁路閥是否關(guān)閉；如果調(diào)節(jié)閥靈活，而且相關(guān)被控信號可隨之變化。則可進(jìn)入單回路PID控制器的參數(shù)整定.Step1:開環(huán)階躍響應(yīng)測試（1）手動改變控制器的輸出信號u(k)，觀察被控變量y(k)的變化過程。（2）由階躍響應(yīng)曲線得到對象基本特征參數(shù)。Step2:對象特征參數(shù)的獲得Kp(穩(wěn)態(tài)增益)：Td(純滯后時間)與Tp(一階滯后時間常數(shù))：Step3:PID參數(shù)的選取PID參數(shù)初始值的選擇：將上述PID控制器投入“Auto”（

6、自動）方式，并適當(dāng)改變控制回路的設(shè)定值，觀察控制系統(tǒng)跟蹤性能。若響應(yīng)過慢，而且無超調(diào)存在，則適當(dāng)加大KC值，例如增大到原來的兩倍；反之，則減小KC值。單回路系統(tǒng)PID參數(shù)整定舉例相應(yīng)仿真結(jié)果參見SimuLink演示程序（D:DLKControlEngPIDControlSinglePID.mdl）非自衡對象的階躍響應(yīng)非自衡對象特征參數(shù)的獲得Kp(穩(wěn)態(tài)輸出斜率)：其中umax、umin與ymax、ymin為輸入輸出的量程上下限；若巳歸一化，則umax－umin=1,ymax－ymin=1。τ(純滯后時間)“非自衡對象”控制系統(tǒng)分析問題：對于上述“非

7、自衡液位對象”，通常采用純比例調(diào)節(jié)器對其進(jìn)行控制。試分析上述控制系統(tǒng)的臨界穩(wěn)定條件。非自衡對象PID參數(shù)整定原則PID參數(shù)初始值的選擇：將上述PID控制器投入“Auto”（自動）方式，并適當(dāng)改變控制回路的設(shè)定值，觀察控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。若穩(wěn)定性較差，則可適當(dāng)減小KC值。PID參數(shù)整定舉例：非自衡對象相應(yīng)仿真結(jié)果參見SimuLink演示程序（D:DLKControlEngPIDControlSingPidIntProc.mdl）