PI调节规律

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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 动控制系统在克服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。解决的办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,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内容。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行调整和修改。二 是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,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、反应曲线 法和衰减法。三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器 参数进行整定。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行最后 调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 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)仅加入比例控制环节,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：是靠经验及工艺的熟悉,参考测量值跟踪与设定值曲线,从而调整 P\I\D 的大 小。 PID 控制器参数的工程整定,各种调节系统中 P.I.D 参数经验数据以下可参照：

温度 T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s 压力 P: P=30~70%,T=24~180s, 液位 L: P=20~80%,T=60~300s, 流量 L: P=40~100%,T=6~60s。

书上的常用口诀： 参数整定找最佳, 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： ⑴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。

⑵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。

⑷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。

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。

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