PID参数整定 (2)

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资源描述

先比例,再积分,最好可以通过串口配置控制参数PI算法的根本目的是要去掉偏差e,先去掉积分的作用,调节比例系数(由大到小),使输出快速但不振荡为好,然后加入积分作用,调节积分系数,去除静差,积分作用过大的加入会引起振荡,所以系数要从大到小的选择(节省你整定参数的时间)。最好是可以通过串口配置整定的系数,这样整定起来比较快。说实话,现在pid的整定方法基本上就是经验法,不过现在有很多论文阿什么的都有自适应整定的方法,不过都没有实际波形,都是仿真出来,可信性不高,其实,一般的pid控制器只用到PI很少用D的,说一还是试凑法比较简单,就两个参数。实验凑试法是通过闭环运行或模拟,观察系统的响应曲线,然后根据各参数对系统的影响,反复凑试参数,直至出现满意的响应,从而确定PID控制参数。实验凑试法的整定步骤为先比例,再积分,最后微分。(1)整定比例控制将比例控制作用由小变到大,观察各次响应,直至得到反应快、超调小的响应曲线。(2)整定积分环节若在比例控制下稳态误差不能满足要求,需加入积分控制。先将步骤(1)中选择的比例系数减小为原来的50~80%,再将积分时间置一个较大值,观测响应曲线。然后减小积分时间,加大积分作用,并相应调整比例系数,反复试凑至得到较满意的响应,确定比例和积分的参数。(3)整定微分环节若经过步骤(2),PI控制只能消除稳态误差,而动态过程不能令人满意,则应加入微分控制,构成PID控制。先置微分时间TD=0,逐渐加大TD,同时相应地改变比例系数和积分时间,反复试凑至获得满意的控制效果和PID控制参数。PID参数对控制质量的影响不十分敏感。因而不同的比例、积分、微分的组合,可能达到相近的控制效果。实际应用中,只要受控过程或受控对象的主要指标达到设计要求,相应的控制器参数即可作为有效的控制参数实验经验法调整PID参数的方法中较常用的是扩充临界比例度法,其最大的优点是,参数的整定不依赖受控对象的数学模型,直接在现场整定、简单易行。扩充比例度法适用于有自平衡特性的受控对象,是对连续-时间PID控制器参数整定的临界比例度法的扩充。扩充比例度法整定数字PID控制器参数的步骤是:(1)预选择一个足够短的采样周期TS。一般说TS应小于受控对象纯延迟时间的十分之一。(2)用选定的TS使系统工作。这时去掉积分作用和微分作用,将控制选择为纯比例控制器,构成闭环运行。逐渐减小比例度,即加大比例放大系数KP,直至系统对输入的阶跃信号的响应出现临界振荡(稳定边缘),将这时的比例放大系数记为Kr,临界振荡周期记为Tr。(3)选择控制度。控制度,就是以连续-时间PID控制器为基准,将数字PID控制效果与之相比较。通常采用误差平方积分作为控制效果的评价函数。定义控制度(3-25)采样周期TS的长短会影响采样-数据控制系统的品质,同样是最佳整定,采样-数据控制系统的控制品质要低于连续-时间控制系统。因而,控制度总是大于1的,而且控制度越大,相应的采样-数据控制系统的品质越差。控制度的选择要从所设计的系统的控制品质要求出发。(4)查表确定参数。根据所选择的控制度,查表3一2,得出数字PID中相应的参数TS,KP,TI和TD。(5)运行与修正。将求得的各参数值加入PID控制器,闭环运行,观察控制效果,并作适当的调整以获得比较满意的效果。采样一数据控制系统中,设采样周期为TS,采样速率为1/TS,采样角频率为采样周期TS是设计者要精心选择的重要参数,系统的性能与采样周期的选择有密切关系。采样周期的选择受多方面因素的影响,主要考虑的因素分析如下。(1)香农(Shannon)采样定理(Wmax--被采样信号的上限角频率)给出了采样周期的上限。满足这一定理,采样信号方可恢复或近似地恢复为原模拟信号,而不丢失主要信息。在这个限制范围内,采样周期越小,采样-数据控制系统的性能越接近于连续-时间控制系统。(2)闭环系统对给定信号的跟踪,要求采样周期要小。(3)从抑制扰动的要求来说,采样周期应该选择得小些。(4)从执行元件的要求来看,有时要求输入控制信号要保持一定的宽度。(5)从计算机精度考虑,采样周期不宜过短。(6)从系统成本上考虑,希望采样周期越长越好。综合上述各因素,选择采样周期,应在满足控制系统的性能要求的条件下,尽可能地选择低的采样速率。工业控制中,大量的受控对象都具有低通的性质。下面图3-12给出了选择采样周期的经验。表3-1给出了常用被控量的经验采样周期。采样周期的选择,要根据所设计的系统的具体情况,用试凑的方法,在试凑过程中根据各种合理的建议来预选采样周期,多次试凑,选择性能较好的一个作为最后的采样周期。pid参数整定经验凑试法在实践中最为实用。我们在整定参数时,必须认真观察系统响应情况,根据系统的响应情况决定调整那些参数。在调整参数时,应该知道各种调节作用的特点。这样才能做到有的放矢。比例调节作用的特点:1调节作用快,系统一出现偏差,调节器立即将偏差放大1/P倍输出。2系统存在余差比例带越大,过渡过程约平稳,但余差越大,比例带越小,过渡过程易振荡,比例带太小时,就可能出现发散振荡。积分调节的特点:积分调节作用的输出变化与输入偏差的积分成正比,积分调节作用的输出不仅取决与偏差信号的大小,还取决于偏差存在的时间,只要有偏差存在,尽管偏差可能很小,但它存在的时间越长,输出信号就越大,只有消除偏差,输出才停止变化。微分调节的特点:微分调节的输出是与被调量的变化率成正比。在比例微分调节作用下,有时尽管偏差很小,但其变化速度很快,则微分调节器就有一个较大的输出。根据PID个调节器的特点,不难得出他们的适用范围:比例调节:对调节质量要求不高的系统,对系统余差没有过高要求,比如一些简单的液位调节,温度调节等。比例积分调节:适用面广,对于调节对象惯性较小的系统,比如压力,流量,液位等。对于惯性较大的系统如温度系统,调节时间可能较长,超调量也较大。对于负荷变化特别剧烈的系统,由于积分作用不能及时反映,也会使得调节作用不够及时。比例积分微分调节:PID调节综合了各类调节器的优点,具有很好的调节性能。但不是所有的对象都适合采用PID调节规律,应根据对象来确定选用PI、PD、PID调节规律。经验值:在实际调试中,只能先大致设定一个经验值,然后根据调节效果修改。总之,在整定时不能让系统出现发散振荡。如出现发散振荡,应立即切为手动,等系统稳定后增大比例带、积分时间或减小微分时间,重新切换到自动。比例带越大,过渡过程越平稳,但余差越大。比例带越小,过渡过程容易发生振荡。积分时间越小,消除余差就越快,但系统振荡会较大,积分时间越大,系统消除余差的速度较慢。微分时间太大,系统振荡次数增加,调节时间增加,微分太小,系统调节缓慢。一句话:整定参数时要认真观察系统输出及被调量的变化情况,再根据具体情况适当修改PID参数。可以说,绝大多数控制系统采用PID调节都能满足要求。Ziegler-Nichols方法PID参数整定在闭环控制系统中,增加积分控制增加了系统的稳态误差精度,由于不断累计误差,能使误差迅速消除,但能使系统产生超调;而在系统中增加微分控制,能够增加系统的阻尼,提高动态响应速度,由于PID控制器能够补偿绝大多数的控制系统,整定方法简单,鲁棒性好,因此是目前应用最广泛的控制器.Ziegler-Nichols方法是基于系统稳定性分析的PID整定方法.在设计过程中无需考虑任何特性要求,整定方法非常简单,但控制效果却比较理想.具体整定方法如下:首先,置Kd=Ki=0,然后增加比例系数一直到系统开始振荡(闭环系统的极点在jω轴上);再将该比例系数乘以0.6,其他参数按照以下公式计算:Kp=0.6*KmKd=Kp*π/4*ωKi=Kp*ω/π上式中Kp为比例控制参数Kd为微分控制参数Ki为积分控制参数Km为系统开始振荡时的比例值;ω为振荡时的频率关于2407控制直流电机PID参数整定之我见!!我以前总认为PID参数,让它工作应该不难,难的是想让它工作的好一点,更加好一点。但现在看来很是错,对于象我这样的初学者往往只重视这个PID,却很是忽略PID能工作的“基础环境”。1、所谓的“基础环境”就是控制对象的工作范围,我就说说我自己在搞的这个电流环吧,比如说电流的基准值是0-500,也就是说我的PWM波的周期为1000,哦,忘了说了,我控制方式是双极性H桥控制。这样在0-500为正转,500-1000为反转,因为刚开始也没考虑那么多,结果去检测电流后的AD转换是0-1024,更要命的是我以为PID是万能的,只要把这些参数整一下也应该能搞定的,结果可想而知了,感叹自己的无知啊!!保险丝断了一大箩,这才恍然大悟,“万能的”PID参数给了我重重的打击。各个参数的工作范围设计是多么的重要啊。所谓的PID参数只是在这个基础环境之上工作与控制的。。。。2、现在我开始想搞速度控制了(速度环),结果你想好了,速度环的输出控制目标是电流环的给定电流参考值,但我搞的速度是0-3000转速,现在不知道是怎么样把转速和这个电流参考输出值对应起来,就是说我的工作参数又不在一个范围了,转速是0-3000,而电流值是0-500,该怎么控制对应啊,我现在都晕了。。。。望大家给点建议和思路,谢谢!!!3、今天就说到这儿了,自己这里没有前辈和老师可问,一个人在“闭门造车”,累啊,请同行们给于帮助和指点,先谢谢了!!!!敬上!!!控制电动阀的开度来达到控制温度是可以的,我个人认为用比例电磁阀替代电动阀完全可以实现PID的控制。因为比例电磁阀有标准的模拟量输入信号和反馈信号而且具有PID调节功能。经过多年的工作经验,我个人认为PID参数的设置的大小,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是解决幅值震荡,P大了会出现幅值震荡的幅度大,但震荡频率小,系统达到稳定时间长;I是解决动作响应的速度快慢的,I大了响应速度慢,反之则快;D是消除静态误差的,一般D设置都比较小,而且对系统影响比较小。对于温度控制系统P在5-10%之间;I在180-240s之间;D在30以下。对于压力控制系统P在30-60%之间;I在30-90s之间;D在30以下。PID是比例,积分,微分的缩写.比例调节作用: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。积分调节作用: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。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。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,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。PID控制中如何整定PID参数1,概述作为经典的控制理论,PID控制规律仍然是当今工控行业的主导控制方式,无论复杂、简单的控制任务,PID控制都能取得满意的控制效果,前提是PID参数必须选择合适。可以说,通过适当的PID参数,PID控制可以得到各种输出响应特性,也就是说,通过适当给定PID参数,大多数的控制任务都可以由PID完成。3,PID控制原理经典PID控制理论中,基本数学模型有两种(连续型、增量型),PID模型的增量控制数学模型可以简单地用下式表示:PID参数包括:比例倍数---------表达式中的K积分时间---------表达式中的Ti(秒)实际微分时间---Td(秒)微分增益---------表达式中的Kd积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