PID调节器参数的继电自整定方法.pdf

锹忍氛 技制与决 策年月 幼 调节器参数的继电自整定方法 谢元旦夏淑艳 鞍山偏铁学院自控系 摘要本文讨论了调节器参数的继电自整定方法 它是利用继电反债所产生的极限周 期振荡来估计被控对象的参数 从而整定参数 文中通过分析对象在继电特性作用下枪入 输出波形 推导了计算对象参数的公式 实验表明 本文所提出的整定方法简单 可靠 是一种有 效的参数自整定方法 关性词控制 继电自整定 引言 调节器是过程控制中所用的主要调节器 在线自动整定参数 以符合过程控制的 要求 它不仅能减少操作人员的负担 还可以得到最佳运行 这是目前调节器设计中的一个重 要课题 继电自整定是目前已提出的参数自整定方法之一 市场上也有采用这种整定方法 的产品 它的基本原理是利用继电反馈引起的极限周期振荡来确定系统的临界增益和临界周 期 然后采用像 司 卜 极点配置等方法来整定 参数 一习 系统分析的基本方法是 描述函数法 本文提出一种继电自整定方法 假设对象的模型为一阶惯性加纯滞后 对系统在继电特性 作用下极限周期振荡波形的分析 推导了对象参数的计算公式 进而整定参数 文中对自 整定的过程进行了详细讨论 并给出实验结果 原理 继电自整定原理如图所示 性 系统产生极限周期振荡 图 不耳弓门 定 系统稳定后 启动自整定程序 闭环中接入二位理想继电特 为系统及继电特性的输出波形 星 过程 十 一 仁 蔺花几 调节 之 图继电自整定原理 设对象传递函数为 尺毛一 图系统及继电特性艳出波形 纯滞后时间可直接从振荡波形中求得 增益的计算公式 为 凡山血 式中 尺为振荡波形的均值 图所示继电特性输出用富氏级数展开 设 冶金部教育司有偿与资助专项费用课魔 收稿日期 一 一 1994 2009 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 技制与决策年 创 乙匕一沪 则过程输出为 匀 一只 一 一布罕一 州 卜一竺尸 兀 又 丛 一 一笋 丫 一 二 山 侧 一一笋 尤入 匀 一 于 创山 一 恻 一一胃军一 曰 夕 一吮二一号 写二书 一一 兀 丫 一 气 十 粉 一盯 月印 一 月妞 十 月 扩 公七田匀 听 一 时 矛护尹 丝竺二 型竺二二竺 扩 时 并考虑初值有 天入 山汀 一 气 一 同样 改时 有 山 一 了 一 匀 了 由山 一 二 可得 一 尤无 气 一 盆理 沪 一 对象的惯性时间常数可用上式求得如果给定满足 尤入 条件 继 电特性翰出波形是对称 的 山 式可简化为 一 二 一 一 对象参数确定后 有许多方法可用来计算调节器参数 继电特性幅值及滞环宽度 是需要在系统进入振荡前设定的数值 应考虑下列因素 应大于系统嗓声带幅值 避免切换点抖动 振荡应有一定幅值 但必须在允许范围内 振幅是随 和的增大而增大 当较小时 振幅接近于 当对象存在纯滞后时 振幅还随的增大而增大 实验中 一般取大于 倍系统嗓声带幅值 的初值按对象允许的输入范围取最大值 振 荡过程中自动进行调整 方法如下 振荡是从某一稳态开始的 继电特性首先使系统输出下降 在下降过程中估计出值 在随后的上升过程中 根据上升斜率预估出振荡幅值 并对作相应 的调整 这一过程应在系统输出达到 十 值前完成 实验过程 实验使用配有 转换板的一计算机 语言编程 对实验室和现场 的 电沪 远 红外炉等温度控制系统进行了大量的试验 编程步魏如下数据初始化 包括设定 值 允许的极限周期振 荡幅值及继电特性幅值手动使系统稳定在设定值附近 测稳态时系 统翰出的波动 估计嗓声带幅值 设定滞环宽度接入继 电特性 系统进入振荡 调整继电特性 幅值程序判断系统进入稳定振荡后 根据几个周期的振荡波形求得 城 和凡 的均值结 1994 2009 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 卷期谢元旦等调 节器参数的继电自整定方法 束振荡过程 计算对象参数及参数 程序进入闭环控制 一 二 一 尸二 兀卜 二 二 一 二 祠下术用 拼 八 州 卜不 气不花 阴两歌异八 八甲 祠卫 节百萝贡笑爪 孟占 户 界 几按文 提出的公式整定 对温度控制 采样周期取秒 振荡实验时采样周期应 取得小一些 例电护 继电特性 给定 分析图 所示极限周期振荡波形得 从 二 凡一 计算得 调节器参数负载扰动 准则 界一 几 一 闭 环系统在负载扰动作用下的响应如图所示 产产 温度 气工 匀 尸压 成 城 城 时间 图电护极限周期振荡波形 讨论 图电炉负载扰动响应 继电自整定方法简单 可靠 需要预先设定的参数就是继电特性的幅值 极限周期振荡 是受控振荡 系统输出的波动幅度小 一般生产过程是允许的 在启动或用户需要时 用本法进行参数的一次性整定 通过对过程响应 设定值的 变化或负载干扰的监控 可用本法实现控制过程中的参数整定 继电 自整定仅局限于调节器 但对采用复杂结构调节器的系统 可用本法估计调 节器参数的初值 假设被控对象的模型为一阶惯性加纯滞后 限制了本法的使用范围对于时间常数较 大的被控对象 整定过程将很费时间 对 一些干扰因素多且较频繁 的系统 则要求振荡幅值足 够大 严重时将影响稳定极限周期振荡的形成 造成本次整定的失败 参考文献 户 廿呱 陌 匕丘 犯 曰比 政 一 户 口 以 血 画吨 发 娜 称脱近璐二肠此胡儿即 创 幻 一 岩崎雅人 以万 以二自校正控刘器 自校正控制器及其应用译文集 冶金部自动化情报网 年 户 口 阅 肠 州汹由团人枕旧达召 以刁巨蛇 刃讲 州场乎 劝运沁 班日冶 一 儿 口召 刃 犯匕吐正 叮 口 幻口召 一 下转第页 1994 2009 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 控制与决策年 句旧 的目琳闭二 仙 了 详 件阵 二运 司 如 一运 滋 一冈二 城 如泣 司砂 二 二 玩让 呛 记 目 成 该 心 目姐悦 众钾倪山 洲二 二目运 团 运 团 切旧 作者简介 龙 年出生于翻北松滋年毕业于华中理工大学自动控创系工自动化专 获工学拳士拳位 砚为该校博 士研究生 研究方向为电力传动及其自动化 王宜九年生于河育耳城 年毕业于东北工学映饥电系发电厂专 年毕业于哈尔疾工大学电机簇自动 化研究斑 砚为华中理工大学自动控创工怪系教搜 博士生导师 研究方向为断皿交流电力传动系统的理论及应用 上接第页 诚四 讼 瀚 己朗 万翻 加夕 目抢 恤 时 州 日知 城口 加内 运外阵创阵曰 的 一 叱 山 临 运 让 碑 峨淤 目曰映面 傲 肠 叨 代 奴月恤 一 卜 成 比乎面 姐 侧日二 训 巨 少 卜 沐 认 恤 详忱叩 幻 司悦 幼拉 盆 贾 山 叨 作老简介 元且年生于江苏常州 年毕业于山东大掌物理系 年在东北工学院 自控系获硕士学位年在英国设 非尔工大攀电力电子系获博士学位 现任恢山钥铁学院自控系川教授 研究方向方