确定控制器参数38161.pdf

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1、-确定控制器参数 数字 PID 控制器控制参数的选择，可按连续-时间 PID 参数整定方法进展。PID 控制器的参数整定，可以不依赖于受控对象的数学模型。工程上，PID 控制器的参数常常是通过实验来确定，通过试凑，或者通过实验经历公式来确定。常用的方法，采样周期选择，实验凑试法 实验凑试法是通过闭环运行或模拟，观察系统的响应曲线，然后根据各参数对系统的影响，反复凑试参数，直至出现满意的响应，从而确定 PID 控制参数。整定步骤 实验凑试法的整定步骤为先比例，再积分，最后微分。1整定比例控制 将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反响快、超调小的响应曲线。2整定积分环节 假设在比例控制

2、下稳态误差不能满足要求，需参加积分控制。先将步骤1中选择的比例系数减小为原来的 5080，再将积分时间置一个较大值，观测响应曲线。然后减小积分时间，加大积分作用，并相应调整比例系数，反复试凑至得到较满意的响应，确定比例和积分的参数。3整定微分环节 假设经过步骤2，PI 控制只能消除稳态误差，而动态过程不能令人满意，则应参加微分控制，构成 PID 控制。先置微分时间 TD=0，逐渐加大 TD，同时相应地改变比例系数和积分时间，反复试凑至获得满意的控制效果和 PID 控制参数。实验经历法 扩大临界比例度法 实验经历法调整 PID 参数的方法中较常用的是扩大临界比例度法,其最大的优点是，参数的整定不

3、依赖受控对象的数学模型，直接在现场整定、简单易行。扩大比例度法适用于有自平衡特性的受控对象，是对连续-时间 PID 控制器参数整定的临界比例度法的扩大。整定步骤 扩大比例度法整定数字 PID 控制器参数的步骤是：1 预选择一个足够短的采样周期 TS。一般说 TS 应小于受控对象纯延迟时间的十分之一。2用选定的 TS 使系统工作。这时去掉积分作用和微分作用，将控制选择为纯比例控制器，构成闭环运行。逐渐减小比例度，即加大比例放大系数 KP，直至系统对输入的阶跃信号的响应出现临界振荡 稳定边缘，将这时的比例放大系数记为 Kr,临界振荡周期记为 Tr。3选择控制度。控制度，就是以连续-时间 PID 控

4、制器为基准，将数字 PID 控制效果与之相比拟。通常采用误差平方积分 作为控制效果的评价函数。定义控制度 3-25 采样周期 TS 的长短会影响采样-数据控制系统 的品质，同样是最正确整定，采样-数据控制系统的控制品质要低于连续-时间控制系统。因而，控制度总是大于 1 的，而且控制度越大，相应的采样-数据控制系统的品质越差。控制度的选择要从所设计的系统的控制品质-要求出发。4 查表确定参数。根据所选择的控制度，查表 3 一 2，得出数字 PID 中相应的参数TS,KP,TI 和 TD。5运行与修正。将求得的各参数值参加 PID 控制器,闭环运行,观察控制效果,并作适当的调整以获得比拟满意的效果

5、。2PID 参数怎样调整最正确 PID 参数整定方法就是确定调节器的比例带 PB、积分时间 Ti 和和微分时间 Td。一般可以通过理论计算来确定，但误差太大。目前，应用最多的还是工程整定法：如经历法、衰减曲线法、临界比例带法和反响曲线法。各种方法的大体过程如下：1经历法又叫现场凑试法，即先确定一个调节器的参数值 PB 和 Ti，通过改变给定值对控制系统施加一个扰动，现场观察判断控制曲线形状。假设曲线不够理想，可改变PB 或Ti，再画控制过程曲线，经反复凑试直到控制系统符合动态过程品质要求为止，这时的 PB和 Ti 就是最正确值。如果调节器是 PID 三作用式，则要在整定好的 PB 和 Ti 的

6、根底上加进微分作用。由于微分作用有抵抗偏差变化的能力，所以确定一个 Td 值后，可把整定好的PB 和 Ti 值减小一点再进展现场凑试，直到 PB、Ti 和 Td 取得最正确值为止。显然用经历法整定的参数是准确的。但花时间较多。为缩短整定时间，应注意以下几点：根据控制对象特性确定好初始的参数值 PB、Ti 和 Td。可参照在实际运行中的同类控制系统的参数值，或参照表 3-4-1 所给的参数值，使确定的初始参数尽量接近整定的理想值。这样可大大减少现场凑试的次数。在凑试过程中，假设发现被控量变化缓慢，不能尽快到达稳定值，这是由于 PB 过大或 Ti 过长引起的，但两者是有区别的：PB 过大，曲线漂浮

7、较大，变化不规则，Ti 过长，曲线带有振荡分量，接近给定值很缓慢。这样可根据曲线形状来改变 PB 或Ti。PB 过小，Ti 过短，Td 太长都会导致振荡衰减得慢，甚至不衰减，其区别是 PB 过小，振荡周期较短；Ti 过短，振荡周期较长；Td 太长，振荡周期最短。如果在整定过程中出现等幅振荡，并且通过改变调节器参数而不能消除这一现象时，可能是阀门定位器调校不准，调节阀传动局部有间隙或调节阀尺寸过大或控制对象受到等幅波动的干扰等，都会使被控量出现等幅振荡。这时就不能只注意调节器参数的整定，而是要检查与调校其它仪表和环节。2衰减曲线法是以 4：1 衰减作为整定要求的，先切除调节器的积分和微分作用，用

8、凑试法整定纯比例控制作用的比例带 PB比同时凑试二个或三个参数要简单得多，使之符合 4：1 衰减比例的要求，记下此时的比例带 PBs 和振荡周期 Ts。如果加进积分和微分作用，可按表 3-4-2 给出经历公式进展计算。假设按这种方式整定的参数作适当的调整。对有些控制对象，控制过程进展较快，难以从记录曲线上找出衰减比。这时，只要被控量波动 2 次就能到达稳定状态，可近似认为是 4：1 的衰减过程，其波动一次时间为 Ts。3临界比例带法，用临界比例带法整定调节器参数时，先要切除积分和微分作用，让控制系统以较大的比例带，在纯比例控制作用下运行，然后逐渐减小 PB，每减小一次都要认真观察过程曲线，直到

9、到达等幅振荡时，记下此时的比例带 PBk(称为临界比例带)和波动周期 Tk，然后按表 3-4-3 给出的经历公式求出调节器的参数值。按该表算出参数值后，要把比例带放在比计算值稍大一点的值上，把 Ti 和 Td 放在计算值上，进展现场观察，如果比例带可以减小，再将 PB 放在计算值上。这种方法简单，应用比拟广泛。但对 PBk 很小的控制系统不适用。-4反响曲线法，前三种整定调节器参数的方法，都是在预先不知道控制对象特性的情况下进展的。如果知道控制对象的特性参数，即时间常数 T、时间迟延 和放大系数 K，则可按经历公式计算出调节器的参数。利用这种方法整定的结果可到达衰减率=0.75 的要求。3PI

10、D 控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进展调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经历，直接在控制系统的试验中进展，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID 控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反响曲线法和衰减法。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进展 PID 控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅参加比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界

11、振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到 PID 控制器的参数。PID 参数的设定：是靠经历及工艺的熟悉，参考测量值跟踪与设定值曲线，从而调整 PID的大小。PID 控制器参数的工程整定,各种调节系统中 P.I.D 参数经历数据以下可参照：温度 T:P=2060%,T=180600s,D=3-180s 压力 P:P=3070%,T=24180s,液位 L:P=2080%,T=60300s,流量 L:P=40100%,T=660s。常用口诀：参数整定找最正确，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

12、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 4首先调 P 参数，别的参数为零使得动态性能满足要求。然后调 I 参数，使得稳态性能满足要求。最后调 D 参数，是系统符合要求。5我以前做过 PID 的现场调节，其实只要把 PID 的功能有个清晰的了解，就可以在具体的 PID 的调节上形成思路。另外调节分为理论计算整定法和工程整定方法，你所说的现实中教师傅所用的方法一般成为工程整定方法，这个经历上还比拟实用。比例P控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出

13、与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差Steady-state error。-积分I控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统System with Steady-state Error。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入积分项。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态

14、误差。微分D控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分即误差的变化率成正比关系。自动控制系统在克制误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件环节或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的方法是使抑制误差的作用的变化超前，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 比例项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是微分项，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而防止了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞

15、后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。PID 是比例,积分,微分的缩写.比例调节作用：是按比例反响系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调节就进展,直至无差,积分调节停顿,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数 Ti,Ti 越小,积分作用就越强。反之 Ti 大则积分作用弱,参加积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合,组成 PI

16、 调节器或 PID 调节器。微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择适宜情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反响的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成 PD 或 PID 控制器。现实中教师傅所用的方法一般成为工程整定方法，它主要依赖工程经历，直接在控制系统的试验中进展，且方法简单、易于掌握，在工

17、程实际中被广泛采用。PID 控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反响 曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经历公式对控制器参数进展整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需 要在实际运行中进展最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进展 PID 控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅参加比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到 PID 控制器的参数。在实际调试中，只能先大致设定一个经历值，然后根据调节

18、效果修改。对于温度系统：P%20-60，I分3-10，D分0.5-3 对于流量系统：P%40-100，I分0.1-1 -对于压力系统：P%30-70，I分0.4-3 对于液位系统：P%20-80，I分1-5 6PID 控制器参数的工程整定,各种调节系统中 P.I.D 参数经历数据以下可参照：温度 T:P=2060%,T=180600s,D=3-180s 压力 P:P=3070%,T=24180s,液位 L:P=2080%,T=60300s,流量 L:P=40100%,T=660s 先把微分作用取消掉,只保存 PI,先调比例,再调积分,最后加上微分再调.如果振荡过快,加大 P.如果振荡后过很久才

19、稳定,减小 P.减少积分时间.如果振荡的周期太长,加大积分时间.如果对调节对象变化反响过慢,增大 D.最后把波形调到只有一两个振荡就平稳了,就是最好的效果.7 一.PID 参数如何设定调节 PID 就是比例微积分调节，具体你可以参照自动控制课程里有详细介绍！正作用与反作用在温控里就是当正作用时是加热，反作用是制冷控制。PID 控制简介 比例P控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差Steady-state error。积分I控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态

20、后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统System with Steady-state Error。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入积分项。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分D控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分即误差的变化率成正比关系。自动控制系统在克制误差的调节过程中可能会 出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件环节或有滞后(delay)

21、组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的方法是使抑制误差的作用的变化超前，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入比例项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是微分项，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而防止了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。5、PID 控制器的参数整定 PID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心容。它是根据被控过程的特性确定 PID控制器的比例系数、积分

22、时间和微分时间的大小。PID 控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进展调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经历，直接在控制系统的试验中进展，且方法简单、易-于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID 控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反响曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经历公式对控制器参数进展整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进展最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。

23、利用该方法进展 PID 控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅参加比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到 PID 控制器的参数。PID 参数的设定：是靠经历及工艺的熟悉，参考测量值跟踪与设定值曲线，从而调整PID 的大小。PID 控制器参数的工程整定,各种调节系统中 P.I.D 参数经历数据以下可参照：温度 T:P=2060%,T=180600s,D=3-180s 压力 P:P=3070%,T=24180s,液位 L:P=2080%,T=60300s,流量 L:

24、P=40100%,T=660s。书上的常用口诀：参数整定找最正确，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 这里介绍一种经历法。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。这种方法的根本程序是先根据运行经历，确定一组调节器参数，并将系统投入闭环运行，然后人为地参加阶跃扰动如改变

25、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。假设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。经历法简单可靠，但需要有一定现场运行经历，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，不易得到最正确整定参数。下面以 PID 调节器为例，具体说明经历法的整定步骤：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。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

26、样让扰动信号作阶跃变化，直至求得满意的控制过程。(3)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。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。和前述步骤一样，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

27、。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 一水泵进展压力闭环控制，一般只用 PI 控制。P=1-10,I=0.1-1,D=0,这些要在现场调试-时进展修正的。我提供一种增量式 PID 供大家参考 U(k)=Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2)A=Kp(1+T/Ti+Td/T)B=Kp(1+2Td/T)C=KpTd/T T 采样周期 Td 微分时间 Ti 积分时间 用上面的算法可以构造自己的 PID 算法。UK=UK-1+UK 8PID 参数的整定 PID 控制器有 4 个主要的参数

28、 Kp、TI、TD 和 TS 需整定，无论哪一个参数选择得不适宜都会影响控制效果。在整定参数时应把握住 PID 参数与系统动态、静态性能之间的关系。在 P比例、I积分、D微分这三种控制作用中，比例局部与误差信号在时间上是一致的，只要误差一出现，比例局部就能及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。比例系数 Kp 越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度越高；但是对于大多数系统，Kp 过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。积分作用与当前误差的大小和误差的历史情况都有关系，只要误差不为零，控制器的输出就会因积分作用而不断变化，一直要到误差消失，系统处于稳定状态时，积分局部才不再变化。

29、因此，积分局部可以消除稳态误差，提高控制精度，但是积分作用的动作缓慢，可能给系统的动态稳定性带来不良影响。积分时间常数 TI 增大时，积分作用减弱，系统的动态性能稳定性可能有所改善，但是消除稳态误差的速度减慢。微分局部是根据误差变化的速度，提前给出较大的调节作用。微分局部反映了系统变化的趋势，它较比例调节更为及时，所以微分局部具有超前和预测的特点。微分时间常数 TD增大时，超调量减小，动态性能得到改善，但是抑制高频干扰的能力下降。选取采样周期 TS 时，应使它远远小于系统阶跃响应的纯滞后时间或上升时间。为使采样值能及时反映模拟量的变化，TS 越小越好。但是 TS 太小会增加 CPU 的运算工作

30、量，相邻两次采样的差值几乎没有什么变化，所以也不宜将 TS 取得过小。9比例调节作用：是按比例反响系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调节就进展,直至无差,积分调节停顿,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数 Ti,Ti 越小,积分作用就越强。反之 Ti 大则积分作用弱,参加积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合,组成 PI 调节器或 PID 调节器。微分调

31、节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择适宜情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反响的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成 PD 或 PID 控制器。PID 作用顺口溜 【比 例】【积 分】【微 分】比例调节器，重定调节器，说起微分器，象个放大器。累积有本领。一点不神秘。-一个偏差来，只要偏差在，阶跃输入来，放大送出去。累积不停顿。输出跳上去，放大是多少，累积快与慢，下降快与慢，旋钮看仔细，旋钮看仔细。旋钮看仔细。比例度旋大，积分时间长，微分时间长，放大倍数低。累积速度低。下降就慢些。