1356384907
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樓主  發(fā)表于: 2010-01-31 13:40
1. PID調(diào)試步驟

  沒有一種控制算法比PID調(diào)節(jié)規(guī)律更有效、更方便的了,F(xiàn)在一些時髦點的調(diào)節(jié)器基本源自PID。甚至可以這樣說:PID調(diào)節(jié)器是其它控制調(diào)節(jié)算法的嗎。

  為什么PID應(yīng)用如此廣泛、又長久不衰?



因為PID解決了自動控制理論所要解決的最基本問題,既系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準確性。調(diào)節(jié)PID的參數(shù),可實現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下,兼顧系統(tǒng)的帶載能力和抗擾能力,同時,在PID調(diào)節(jié)器中引入積分項,系統(tǒng)增加了一個零積點,使之成為一階或一階以上的系統(tǒng),這樣系統(tǒng)階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差就為零。

  由于自動控制系統(tǒng)被控對象的千差萬別,PID的參數(shù)也必須隨之變化,以滿足系統(tǒng)的性能要求。這就給使用者帶來相當(dāng)?shù)穆闊貏e是對初學(xué)者。下面簡單介紹一下調(diào)試PID參數(shù)的一般步驟:

  1.負反饋

  自動控制理論也被稱為負反饋控制理論。首先檢查系統(tǒng)接線,確定系統(tǒng)的反饋為負反饋。例如電機調(diào)速系統(tǒng),輸入信號為正,要求電機正轉(zhuǎn)時,反饋信號也為正(PID算法時,誤差=輸入-反饋),同時電機轉(zhuǎn)速越高,反饋信號越大。其余系統(tǒng)同此方法。

  2.PID調(diào)試一般原則

  a.在輸出不振蕩時,增大比例增益P。

  b.在輸出不振蕩時,減小積分時間常數(shù)Ti。

  c.在輸出不振蕩時,增大微分時間常數(shù)Td。

  3.一般步驟

  a.確定比例增益P

  確定比例增益P 時,首先去掉PID的積分項和微分項,一般是令Ti=0、Td=0(具體見PID的參數(shù)設(shè)定說明),使PID為純比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的最大值的60%~70%,由0逐漸加大比例增益P,直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩;再反過來,從此時的比例增益P逐漸減小,直至系統(tǒng)振蕩消失,記錄此時的比例增益P,設(shè)定PID的比例增益P為當(dāng)前值的60%~70%。比例增益P調(diào)試完成。

  b.確定積分時間常數(shù)Ti

  比例增益P確定后,設(shè)定一個較大的積分時間常數(shù)Ti的初值,然后逐漸減小Ti,直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩,之后在反過來,逐漸加大Ti,直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時的Ti,設(shè)定PID的積分時間常數(shù)Ti為當(dāng)前值的150%~180%。積分時間常數(shù)Ti調(diào)試完成。

  c.確定積分時間常數(shù)Td

  積分時間常數(shù)Td一般不用設(shè)定,為0即可。若要設(shè)定,與確定 P和Ti的方法相同,取不振蕩時的30%。

  d.系統(tǒng)空載、帶載聯(lián)調(diào),再對PID參數(shù)進行微調(diào),直至滿足要求。







2.PID控制簡介



目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標志。同時,控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。智能控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機構(gòu)﹑輸入輸出接口?刂破鞯妮敵鼋(jīng)過輸出接口﹑執(zhí)行機構(gòu)﹐加到被控系統(tǒng)上﹔控制系統(tǒng)的被控量﹐經(jīng)過傳感器﹐變送器﹐通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)﹐其傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器(儀表)已經(jīng)很多,產(chǎn)品已在工程實際中得到了廣泛的應(yīng)用,有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品,各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器(intelligent regulator),其中PID控制器參數(shù)的自動調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實現(xiàn)。有利用PID控制實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器,能實現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC),還有可實現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等。 可編程控制器(PLC) 是利用其閉環(huán)控制模塊來實現(xiàn)PID控制,而可編程控制器(PLC)可以直接與ControlNet相連,如Rockwell的PLC-5等。還有可以實現(xiàn)PID控制功能的控制器,如Rockwell 的Logix產(chǎn)品系列,它可以直接與ControlNet相連,利用網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)其遠程控制功能。

  1、開環(huán)控制系統(tǒng)

  開環(huán)控制系統(tǒng)(open-loop control system)是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器(controller)的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中,不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。

  2、閉環(huán)控制系統(tǒng)

  閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop control system)的特點是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出,形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負反饋,若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反,則稱為負反饋( Negative Feedback),若極性相同,則稱為正反饋,一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋,又稱負反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng),眼睛便是傳感器,充當(dāng)反饋,人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動作。如果沒有眼睛,就沒有了反饋回路,也就成了一個開環(huán)控制系統(tǒng)。另例,當(dāng)一臺真正的全自動洗衣機具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈,并在洗凈之后能自動切斷電源,它就是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。

  3、階躍響應(yīng)

  階躍響應(yīng)是指將一個階躍輸入(step function)加到系統(tǒng)上時,系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進入穩(wěn)態(tài)后﹐系統(tǒng)的期望輸出與實際輸出之差?刂葡到y(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準、快三個字來描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stability),一個系統(tǒng)要能正常工作,首先必須是穩(wěn)定的,從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的﹔準是指控制系統(tǒng)的準確性、控制精度,通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(Steady-state error)描述,它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差﹔快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性,通常用上升時間來定量描述。

  4、PID控制的原理和特點

  在工程實際中,應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制,簡稱PID控制,又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史,它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握,或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時,控制理論的其它技術(shù)難以采用時,系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定,這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時,最適合用PID控制技術(shù)。PID控制,實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。

  比例(P)控制

  比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-state error)。

  積分(I)控制

  在積分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng),如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)(System with Steady-state Error)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分,隨著時間的增加,積分項會增大。這樣,即便誤差很小,積分項也會隨著時間的增加而加大,它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小,直到等于零。因此,比例+積分(PI)控制器,可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。

  微分(D)控制

  在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))或有滯后(delay)組件,具有抑制誤差的作用,其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”,即在誤差接近零時,抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說,在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的,比例項的作用僅是放大誤差的幅值,而目前需要增加的是“微分項”,它能預(yù)測誤差變化的趨勢,這樣,具有比例+微分的控制器,就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零,甚至為負值,從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象,比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。

  5、PID控制器的參數(shù)整定

  PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多,概括起來有兩大類:一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用,還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法,它主要依賴工程經(jīng)驗,直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行,且方法簡單、易于掌握,在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法,主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點,其共同點都是通過試驗,然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù),都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善,F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下:(1)首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作﹔(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié),直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩,記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期﹔(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。







3.PID控制器參數(shù)的工程整定,各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中PID參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)以下可參照:



溫度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s



壓力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。







4. PID常用口訣:



參數(shù)整定找最佳,從小到大順序查



先是比例后積分,最后再把微分加



曲線振蕩很頻繁,比例度盤要放大



曲線漂浮繞大灣,比例度盤往小扳



曲線偏離回復(fù)慢,積分時間往下降



曲線波動周期長,積分時間再加長



曲線振蕩頻率快,先把微分降下來



動差大來波動慢。微分時間應(yīng)加長



理想曲線兩個波,前高后低4比1



一看二調(diào)多分析,調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低