PID参数整定.ppt

PID控制器的参数整定,戴连奎浙江大学智能系统与决策研究所2001/08/18,常用的工业PID控制器,P：,PID：,PI：,Kc对过渡过程的影响增益Kc的增大，使系统的调节作用增强，但稳定性下降（当系统稳定时，调节频率提高、最大偏差下降）；Ti对系统性能的影响积分作用的增强（即Ti下降），使系统消除余差的速度增强，但稳定性下降；,PID参数对控制性能的影响,Td对系统性能的影响微分作用的增强（即Td增大），从理论上讲使系统的超前作用增强，稳定性得到加强，但高频噪声起放大作用。因而，微分作用不适合于测量噪声较大的对象。,PID参数对控制性能的影响(续),工业PID控制器的选择,*1：当工业对象具有较大的滞后时，可引入微分作用；但如果测量噪声较大，则应先对测量信号进行一阶或平均滤波。,问题：选择原则分析。,常规控制系统分析举例,问题：对于上图所示的“一阶+纯延迟”广义对象，通常采用PI调节器对其进行控制。假设Kc*Kp=1，试分析闭环系统的临界稳定条件，并给出各参数（Ti、Tp、）对稳定性的影响。,PID工程整定法1-经验法,针对被控变量类型的不同，选择不同的PID参数初始值，投运后再作调整。尽管简单，但即使对于同一类型的被控变量，如温度系统，其控制通道的动态特性差别可能很大，因而经验法属最为“粗糙”的整定法。,工程整定法2-临界比例度法,步骤：（1）先将切除PID控制器中的积分与微分作用，取比例增益KC较小值，并投入闭环运行；（2）将KC由小到大变化，对应于某一KC值作小幅度的设定值阶跃响应，直至产生等幅振荡；（3）设等幅振荡时所对应的振荡周期为Tcr、控制器增益Kcr，再根据控制器类型选择PID参数（p48,表1-9）。局限性：生产过程有时不允许出现等幅振荡，或者无法产生等幅振荡。“衰减振荡法”,工程整定法3-响应曲线法,步骤：（1）在手动状态下，改变控制器输出（通常采用阶跃或方块脉冲变化），记录被控变量的响应曲线；（2）由开环响应曲线获得阶跃响应曲线，并求取“广义对象”的近似模型与模型参数；（3）根据控制器类型与对象模型，选择PID参数并投入闭环运行。在运行过程中，可对增益KC作恰当调整。,工程整定法3-响应曲线法(续),常用参数整定规则：（1）Z-N（Ziegler-Nichols）规则（p.50,表1-10）特点：适合于存在明显纯滞后的自衡对象，而且广义对象的阶跃响应曲线可用“一阶+纯滞后”来近似。（2）修正的Z-N规则特点：适合于自衡对象，而且广义对象的阶跃响应为“S”型曲线，即无振荡单调上升或下降曲线。,常见的现场执行机构,基本调节回路的诊断,将控制器置于“手动”方式，人为改变控制器的输出信号（遥控），检测现场调节阀阀杆是否上下移动；如果阀杆上下移动自如，检查相关流量/压力等测量信号是否随之变化。若变化很小，则检查测量信号是否正常，或者调节阀上游阀和下游阀是否全开，或者旁路阀是否关闭；如果调节阀灵活，而且相关被控信号可随之变化。则可进入单回路PID控制器的参数整定.,Step1:开环阶跃响应测试,（1）手动改变控制器的输出信号u(k)，观察被控变量y(k)的变化过程。（2）由阶跃响应曲线得到对象基本特征参数。,Step2:对象特征参数的获得,Kp(稳态增益)：,Td(纯滞后时间)与Tp(一阶滞后时间常数)：,Step3:PID参数的选取,PID参数初始值的选择：,将上述PID控制器投入“Auto”（自动）方式，并适当改变控制回路的设定值，观察控制系统跟踪性能。若响应过慢，而且无超调存在，则适当加大KC值，例如增大到原来的两倍；反之，则减小KC值。,单回路系统PID参数整定举例,相应仿真结果参见SimuLink演示程序（D:DLKControlEngPIDControlSinglePID.mdl）,非自衡对象的阶跃响应,非自衡对象特征参数的获得,Kp(稳态输出斜率)：,其中umax、umin与ymax、ymin为输入输出的量程上下限；若巳归一化，则umaxumin=1,ymaxymin=1。,(纯滞后时间),“非自衡对象”控制系统分析,问题：对于上述“非自衡液位对象”，通常采用纯比例调节器对其进行控制。试分析上述控制系统的临界稳定条件。,非自衡对象PID参数整定原则,PID参数初始值的选择：,将上述PID控制器投入“Auto”（自动）方式，并适当改变控制回路的设定值，观察控制系统的稳定性能。若稳定性