PID参数整定(20100122).ppt
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1、PIDPID参数整定参数整定PIDPID调节广泛应用调节广泛应用l工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。水平的一个重要标志。l至今在全世界过程控制中用的至今在全世界过程控制中用的84%84%仍是纯仍是纯PIDPID调节器,若改进型包含在内则超过调节器,若改进型包含在内则超过90%)90%)l控制理论的发展也经历了控制理论的发展也经历了古典控制理论古典控制理论、现现代控制理论和智能控制理论代控制理论和智能控制理论三个阶段。三个阶段。l自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。制系统。1/14/20
2、232PIDPID控制技术控制技术lPIDPID控制器问世至今已有近控制器问世至今已有近7070年历史,它以年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。方便而成为工业控制的主要技术之一。l当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用时应用PIDPID控制技术最为方便。控制
3、技术最为方便。1/14/20233注意注意l仿真系统所采用的仿真系统所采用的PIDPID调节器与传统的工业调节器与传统的工业 PIDPID调节器有所不同,各个参数之间相互隔调节器有所不同,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离,互不影响,因而用其观察调节规律十分方便。分方便。1/14/20234PID PID 三作用调节器三作用调节器lPIDPID:Proportional Integral DerivativeProportional Integral DerivativelPIDPID控制控制:对偏差信号对偏差信号e e(t(t)进行比例、积分和微分运算变换后形成的进行比
4、例、积分和微分运算变换后形成的一种控制规律一种控制规律。l偏差偏差e e(t(t)=测量值(测量值(PVPV)-设定值(设定值(SVSV)l可调参数:可调参数:比例度比例度(P P)、)、积分时间积分时间TiTi(I I)、微分时间)、微分时间TdTd(D D)()()()()+=tedtdTdeTteKtudtip01tt1/14/20235比例(比例(P P)控制)控制l比例控制是一种最简比例控制是一种最简单的控制方式。其控单的控制方式。其控制器的输出与输入误制器的输出与输入误差信号成差信号成比例关系比例关系。当仅有比例控制时系当仅有比例控制时系统输出统输出存在稳态误差存在稳态误差(Ste
5、ady-Steady-stateerrorstateerror)。)。l比例度减小比例度减小l稳态误差减少稳态误差减少1/14/20236积分(积分(I I)控制)控制l在积分控制中,控制器的输出在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的与输入误差信号的积分成正比积分成正比关系关系。对一个自动控制系统,。对一个自动控制系统,如果为了消除稳态误差,在控如果为了消除稳态误差,在控制器中必须引入制器中必须引入“积分项积分项”。积分项对误差取决于时间的积积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时
6、间的增加而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加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,到等于零。因此,比例比例+积分积分(PI)(PI)控制器,可以使系统在进控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。入稳态后无稳态误差。积分时间减小积分时间减小1/14/20237微分(微分(D D)控制)控制l在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即微分(即误差的变化率)成正比关系误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原
7、因是由于存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)或有滞后在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)(delay)组件,具有组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化办法是使抑制误差的作用的变化“超前超前”,即在误差接近,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,在控制器中仅引入中仅引入“比例比例”项往往是不够的,项往往是不够的,比例项的作用仅是放比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是大误
8、差的幅值,而目前需要增加的是“微分项微分项”,它能预,它能预测误差变化的趋势,测误差变化的趋势,这样,具有比例这样,具有比例+微分的控制器,就微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的而避免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,被控对象,比例比例+微分微分(PD)(PD)控制器能改善系统在调节过程控制器能改善系统在调节过程中的动态特性中的动态特性。1/14/20238比例积分比例积分+微分控制微分控制1/14/20239PIDPID各作用比较各作用比较1/
9、14/202310PIDPID参数对控制性能的影响参数对控制性能的影响l控制器增益控制器增益 K Kc c或比例度或比例度增益增益 K Kc c 的增大(或比例度的增大(或比例度下降),使系统的调下降),使系统的调节作用增强,但稳定性下降;节作用增强,但稳定性下降;l积分时间积分时间T Ti i积分作用的增强(即积分作用的增强(即T Ti i 积分时问积分时问下降),使系统消下降),使系统消除余差的能力加强,但控制系统的稳定性下降;除余差的能力加强,但控制系统的稳定性下降;l微分时间微分时间T Td d 微分作用增强(即微分作用增强(即T Td d 微分时间微分时间增大),增大),可可使系统的
10、使系统的超前作用增强,稳定性得到加强,但超前作用增强,稳定性得到加强,但对对高频噪声高频噪声起放大作用起放大作用,主要适合于特性滞后较大的广义对主要适合于特性滞后较大的广义对象,如温度象,如温度对象对象等等。1/14/202311工业工业PIDPID控制器的选择控制器的选择 *1、当工业对象具有当工业对象具有较大的滞后时,可引较大的滞后时,可引入微分作用;但如果入微分作用;但如果测量噪声较大,则应测量噪声较大,则应先对测量信号进行一先对测量信号进行一阶或平均滤波。阶或平均滤波。1/14/202312常规常规PIDPID参数设置指南参数设置指南lP P参数设置参数设置:l如果不能肯定比例调节系数
11、如果不能肯定比例调节系数P P应为多少应为多少,请先把请先把P P参参数设置大些数设置大些(如如10030%),10030%),以避免投运时出现超调以避免投运时出现超调和振荡。和振荡。l运行后视系统响应情况再逐步调整大小运行后视系统响应情况再逐步调整大小,充分发挥充分发挥比例作用的效果比例作用的效果,提高系统响应的快速性提高系统响应的快速性,以既能以既能快速响应快速响应,又不出现超调或振荡为最佳又不出现超调或振荡为最佳.注:注:首先整定好首先整定好P P参数参数,在整定在整定TiTi和和TdTd对它再微调对它再微调,以以求系统的稳定快速响应。求系统的稳定快速响应。1/14/202313常规常规
12、PIDPID参数设置指南参数设置指南lI I参数设置参数设置:l如果不能肯定如果不能肯定TITI积分时间为多少积分时间为多少,请先把请先把TiTi参数设参数设置大些置大些(如如1800,Ti1800,Ti最大时为积分作用切除最大时为积分作用切除)。l系统投运后应先把比例调节系数系统投运后应先把比例调节系数P P参数整定好。参数整定好。l然后再把然后再把TiTi积分时间减小积分时间减小,增强积分作用。增强积分作用。l观察系统的响应观察系统的响应,以系统能快速消除静差进入稳态,以系统能快速消除静差进入稳态,而不出现超调振荡满足工艺要求为最佳。而不出现超调振荡满足工艺要求为最佳。1/14/20231
13、4常规常规PIDPID参数设置指南参数设置指南lD D参数设置参数设置:l如果不能肯定微分时间如果不能肯定微分时间TdTd应为多少应为多少,请先把请先把微分时间微分时间TdTd设置为设置为0,0,都切除微分作用都切除微分作用.系统系统投运后先调好投运后先调好P P参数和参数和I I参数后参数后,再逐步增加再逐步增加微分时间微分时间Td,Td,以加入微分作用以加入微分作用,来改善系统来改善系统动态特性动态特性,超前作用增强超前作用增强.以系系超调量小以系系超调量小不出现振荡为佳不出现振荡为佳(多数系统可不加微分作用多数系统可不加微分作用)。1/14/202315常用的常用的PIDPID整定口诀整
14、定口诀l参数整定找最佳,参数整定找最佳,从小到大顺序;从小到大顺序;l先是比例后积分,最后再把微分加;先是比例后积分,最后再把微分加;l曲线振荡很频繁,比例度盘要放大;曲线振荡很频繁,比例度盘要放大;l曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳;曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳;l曲线偏离回复慢,积分时间往下降;曲线偏离回复慢,积分时间往下降;l曲线波动周期长,积分时间再加长;曲线波动周期长,积分时间再加长;l曲线振荡频率快,先把微分降下来;曲线振荡频率快,先把微分降下来;l动差大来波动慢。微分时间应加长;动差大来波动慢。微分时间应加长;l理想曲线两个波,前高后低理想曲线两个波,前高后低4 4比比1 1;l
15、一看二调多分析,调节质量不会低。一看二调多分析,调节质量不会低。1/14/202316目前状况目前状况 PIDPID控制及其控制器或智能控制及其控制器或智能PIDPID控制器(仪控制器(仪表)已经很多,产品已在工程实际中得到表)已经很多,产品已在工程实际中得到了广泛的应用,有各种各样的了广泛的应用,有各种各样的PIDPID控制器产控制器产品,各大公司均开发了品,各大公司均开发了具有具有PIDPID参数自整定参数自整定功能的智能调节器功能的智能调节器(intelligent(intelligent regulator)regulator),其中,其中PIDPID控制器参数的自动调控制器参数的自动
16、调整是通过智能化调整或自校正、自适应算整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。法来实现。1/14/202317开环控制系统开环控制系统l开环控制系统开环控制系统(open-loop control(open-loop control system)system)是是指被控对象的输出指被控对象的输出(被控制量被控制量)对对控制器控制器(controller)(controller)的输出没有影响。的输出没有影响。1/14/202318闭环控制系统闭环控制系统l闭环控制系统闭环控制系统(closed-loop control system)(closed-loop control syste
17、m)的特点是系的特点是系统被控对象的输出统被控对象的输出(被控制量被控制量)会反送回来影响控制器的输会反送回来影响控制器的输出,形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反出,形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈,若馈,若反馈信号与系统给定值信号相反,则称为负反馈反馈信号与系统给定值信号相反,则称为负反馈(Negative Feedback)Negative Feedback),若极性相同,则称为正反馈,一般,若极性相同,则称为正反馈,一般闭环控制系统均采用负反馈,又称负反馈控制系统。闭环控制系统均采用负反馈,又称负反馈控制系统。l闭环控制系统的例子很多:比如人就是一个具有负反馈
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- PID 参数 20100122
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