PID參數整定小結

 

PID參數調節口訣
參數整定找最佳,從小到大順序查
先是比例後積分,最後再把微分加
曲線振盪很頻繁,比例度盤要放大
曲線漂浮繞大灣,比例度盤往小扳
曲線偏離回覆慢,積分時間往下降
曲線波動週期長,積分時間再加長
曲線振盪頻率快,先把微分降下來
動差大來波動慢,微分時間應加長
理想曲線兩個波,前高後低41
一看二調多分析,調節質量不會低

PID調節通常做法:先逐漸增大P增益,調到振盪發生前的最大值,再逐漸減小I增益,調節到振盪發生前的最大值,最後逐漸增大D增益,調節到振盪發生前的最大值。或者:a.在輸出不振盪時,增大比例增益Pb.在輸出不振盪時,減小積分時間常數Tic.在輸出不振盪時,增大微分時間常數Td

1.      PID調節器的適用範圍

PID調節控制是一個傳統控制方法,它適用於溫度、壓力、流量、液位等幾乎所有現場,不同的現場,僅僅是PID參數應設置不同,只要參數設置得當均可以達到很好的效果。均可以達到0.1%,甚至更高的控制要求。

2. PID參數的意義和作用指標分析

PID y=yP+yi+ yd

2.1. P參數設置

名稱:比例帶參數,單位爲(%)

比例作用定義:比例作用控制輸出的大小與誤差的大小成正比,當誤差佔量程的百分比達到P值時,比例作用的輸出=100%,這P就定義爲比例帶參數。即當誤差達到量程乘以P(%)時,比例作用的輸出達100%
例:對於量程爲0-1300的溫控系統,當P設置爲10%時,FS乘以P等於130,說明當誤差達到130時,比例作用的輸出等於100%,誤差每變化1,比例作用輸出變化0.79%,若需加大比例作用的調節能力,則需把P參數設置小些,或把量程設置小些。具體多少可依據上述方法進行定量計算。
P=
輸出全開值/FS·100%

P參數越小比例作用越強,動態響應越快,消除誤差的能力越強。但實際系統是有慣性的,控制輸出變化後,實際PV值變化還需等待一段時間纔會緩慢變化。由於實際系統是有慣性的,比例作用不宜太強,比例作用太強會引起系統振盪不穩定。P參數的大小應在以上定量計算的基礎上根據系統響應情況,現場調試決定,通常將P參數由大向小調,以能達到最快響應又無超調(或無大的超調)爲最佳參數。

2.2. I參數設置

名稱:積分時間,單位爲秒。

積分作用定義:對某一恆定的誤差進行積分,令其積分“I”秒後,其積分輸出應與比例作用等同,這I就定義爲積分時間。即: Ki · I · Err = Kp · Err ,爲什麼要引進積分作用呢?

前面已經分析過,比例作用的輸出與誤差的大小成正比,誤差越大,輸出越大,誤差越小,輸出越小,誤差爲零,輸出爲零。由於沒有誤差時輸出爲零,因此比例調節不可能完全消除誤差,不可能使被控的PV值達到給定值。必須存在一個穩定的誤差,以維持一個穩定的輸出,才能使系統的PV值保持穩定。這就是通常所說的比例作用是有差調節,是有靜差的,加強比例作用只能減少靜差,不能消除靜差(靜差:即靜態誤差,也稱穩態誤差)

爲了消除靜差必須引入積分作用,積分作用可以消除靜差,以使被控的PV值最後與給定值一致。引進積分作用的目的也就是爲了消除靜差,使PV值達到給定值,並保持一致。

積分作用消除靜差的原理是,只要有誤差存在,就對誤差進行積分,使輸出繼續增大或減小,一直到誤差爲零,積分停止,輸出不再變化,系統的PV值保持穩定,PV值等於SP值,達到無差調節的效果。

但由於實際系統是有慣性的,輸出變化後,PV值不會馬上變化,須等待一段時間才緩慢變化,因此積分的快慢必須與實際系統的慣性相匹配,慣性大、積分作用就應該弱,積分時間I就應該大些,反之而然。如果積分作用太強,積分輸出變化過快,就會引起積分過頭的現象,產生積分超調和振盪。通常I參數也是由大往小調,即積分作用由小往大調,觀察系統響應以能達到快速消除誤差,達到給定值,又不引起振盪爲準

3. D參數設置

名稱:微分時間,單位爲秒

定義:D是指微分作用的持續時間,是指從微分作用產生時刻起到微分作用衰減到零(接近零)所花的時間。如下圖所示。

爲什麼要引進微分作用呢?

前面已經分析過,不論比例調節作用,還是積分調節作用都是建立在產生誤差後才進行調節以消除誤差,都是事後調節,因此這種調節對穩態來說是無差的,對動態來說肯定是有差的,因爲對於負載變化或給定值變化所產生的擾動,必須等待產生誤差以後,然後再來慢慢調節予以消除。

但一般的控制系統,不僅對穩定控制有要求,而且對動態指標也有要求,通常都要求負載變化或給定調整等引起擾動後,恢復到穩態的速度要快,因此光有比例和積分調節作用還不能完全滿足要求,必須引入微分作用。比例作用和積分作用是事後調節(即發生誤差後才進行調節),而微分作用則是事前預防控制,即一發現PV有變大或變小的趨勢,馬上就輸出一個阻止其變化的控制信號,以防止出現過沖或超調等

D越大,微分作用越強,D越小,微分作用越弱。系統調試時通常把D從小往大調,具體參數由試驗決定。

如:由於給定值調整或負載擾動引起PV變化,比例作用和微分作用一定等到PV值變化後才進行調節,並且誤差小時,產生的比例和積分調節作用也小,糾正誤差的能力也小,誤差大時,產生的比例和積分作用才增大。因爲是事後調節動態指標不會很理想。而微分作用可以在產生誤差之前一發現有產生誤差的趨勢就開始調節,是提前控制,所以及時性更好,可以最大限度地減少動態誤差,使整體效果更好。但微分作用只能作爲比例和積分控制的一種補充,不能起主導作用,微分作用不能太強,太強也會引起系統不穩定,產生振盪,微分作用只能在PI調好後再由小往大調,一點一點試着加上去。

4. PID綜合調試

比例作用、積分作用和微分作用的關係是:比例作用是主要調節作用,起主導作用;積分作用是輔助調節作用;微分作用是補償作用。

在實際調試時可按以下步驟進行。

1) 關掉積分作用和微分作用,先調P。即令I>3600秒,D = 0秒,將P由大往小調以達到能快速響應,又不產生振盪爲好。並需結合量程進行定量估算。

2) P調好後再調II由大往小調,以能快速響應,消除靜差,又不產生超調爲好,或有少量超調也可以。I應考慮與系統慣性時間常數相匹配。一般I值和慣性時間差不多。

3) PI調好後,再調D。一般的系統D =012。只有部分滯後較大的系統,D值纔可能調大些。

4) PID參數修改後,可以少量修改給定值,觀察系統的跟蹤響應,以判斷PID參數是否合適。

5) P值太小,I值太小或D值太大均會引起系統超調振盪。

6) 對於個別系統,如加溫快降溫慢,或升壓快降壓慢,或液位升得快降得慢等不平衡系統是很難控制的,更難兼顧動態指標,只能將P調大些,I值也調大些,犧牲動態指標來保證穩態指標。這是由系統的不可控制特性所決定的,而與PID調節器的性能無關。

總結於網絡!

 

 

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