PID介绍.ppt

PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。 比例（P）调节作用：是按比例反应系统的偏差，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。,PID控制简介,积分（I）调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，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，加入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（D）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。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。此外，微分反应的是变化率，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。,PID实际应用参数调节,PID参数的整定： 1、可以在软件中进行自动整定； 2、自动整定的PID参数可能对于系统来说不是最好的，就需要手动凭经验来进行整定。,PID参数设置的大小，一方面是要根据控制对象的具体情况而定；另一方面是经验。 P在实际应用中是解决幅值震荡，P放大时，系统动作灵敏，速度快，稳态误差小，但P太大时，幅值震荡的幅度大，震荡频率小，震荡次数增加，系统达到稳定时间变长。如果P太小，会反复震荡，永远也达不到设定要求。 I是解决动作响应的速度快慢的，可消除系统稳态误差，I变大时响应速度变慢，反之则快； D是消除静态误差的，提高系统动态特性，（减少超调量和反应时间），一般D设置都比较小，而且对系统影响比较小。,PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照： 温度TIC：P=2060%，I=180600s，D=3-180s； 压力PIC： P=3070%，I=24180s； 液位LIC： P=2080%，I=60300s； 流量FIC： P=40100%，I=660s。,这里介绍一种经验法。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。 这种方法的基本程序是先根据运行经验，确定一组调节器参数，并将系统投入闭环运行，然后人为地加入阶跃扰动（如改变调节器的给定值），观察被调量或调节器输出的阶跃响应曲线。若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。 经验法简单可靠，但需要有一定现场运行经验，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，不易得到最佳整定参数。,下面以PID调节器为例，具体说明经验法的整定步骤： A. 让调节器参数积分系数I=0，实际微分系数D=0，控制系统投入闭环运行，由小到大改变比例系数P，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。 B. 取比例系数P为当前的值乘以0.83，由小到大增加积分系数I，同样让扰动信号作阶跃变化，直至求得满意的控制过程。 C. 积分系数I保持不变，改变比例系数P，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P增大一些，再调整积分系数I，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P和积分系数I为止。 D. 引入适当的实际微分系数D，此时可适当增大比例系数P和积分系数I。和前述步骤相同，微分时间的整定也需反复调整，直到控制过程满意为止。 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：一个小电机带一台水泵进行压力闭环控制，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行修正的。,上图是过程过渡质量指示图，也是干扰作用影响下的过渡过程，用过渡过程衡量系统质量时，常用的指标有： 衰减比：前后两个峰值的比，如图1中的B：B 余差： 就是过渡过程终了时的残余偏差，如图1中的C 最大偏差：即第一个波的峰值，如图中A，有时也用超调量表示被调参数的偏离程度。 过渡时间：从干扰发生起到被调参数又建立新的平衡状态这段时间 震荡周期：过渡过程从第一个波峰到第二个波峰的时间,图1 过程过渡质量指示图,衡量一个PID控制的好坏，主要看在外界干扰产生后，被控量偏离给定值的情况，假如偏离之后能很快的平稳的恢复到给定值，就认为是好的。通常图1中所示的过渡过程是最好的，并以此作为衡量PID控制系统的质量指标。 选用这个曲线作为指标的理由：是因为它第一次回复到给定值较快，以后虽然又偏离了，但偏离不大，并经过几次震荡就稳定下来了。 定量的看：第一个波峰B的高度是第二个波峰B的高度的四倍，所以这种曲线又叫4：1衰减曲线，在调节器的工程参数整定中，以能得到4：1的衰减过渡过程为最好，这时的PID控制参数可叫最佳参数。 PID口诀中“理想曲线两个波，前高后低4比1”，指的就是图1这样的曲线，也就是过渡过程震荡两次