PID控制与参数整定方法讲述课件.ppt
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1、PID控制与参数整定方法2内 容1.过程控制常见概念2.过程控制系统的性能指标3.PID控制原理与数字实现4.PID控制参数对控制性能的影响5.PID控制的改进算法6.PID控制实现时的常用技巧7.PID参数整定方法8.采样PI控制原理及参数整定方法9.PID算法的实现31. 过程控制常见概念n时变系统和时不变系统n线性系统和非线性系统n大惯性与纯滞后n多变量与耦合n控制器、控制对象、执行机构n测量参数(被调量)、操作变量n优化n参数自适应n阶跃响应n动态与稳态4时变系统和时不变系统时不变系统指控制系统参数不随时间的变化而变化。时变系统指控制系统参数随着时间的变化而变化。时变系统是任何控制对象
2、的特点。时不变是理想的、是近似的。在某一时间段内,可以把控制对象近似为时不变系统。5线性系统和非线性系统线性系统指输出随着输入的变化成比例变化。非线性系统是输出的变化与输入的变化是不成比例的。例如:给煤机转速和给煤量的关系。6大惯性与纯滞后大惯性可以理解为系统的状态改变较慢,惯性较大。纯滞后是指在施加控制后,系统状态发生改变的时间滞后与施加控制时间。例如:speTsKsG1)(T 用来表征惯性,用来表征滞后。7大惯性与纯滞后K0.2 时可以选择比例或比例积分控制;0.2KINmax in=INmaxInIn(n-1) In(n)-In(n-1) INmax In(n)=In(n-1) +INm
3、ax In(n)INmax In(n)=In(n-1) -INmax 3.变化率限幅In(n)In(n-1) In(n)-In(n-1) / In(n-1) In(n)=In(n-1)*(1+ )In(n) In(n)=In(n-1)*(1 - )61输出限幅1.上下限限幅 (也可以在信号滤波中处理)outoutmax out=outmaxoutout(n-1) out(n)-out(n-1) outmax out(n)=out(n-1) +outmax out(n)outmax out(n)=out(n-1) -outmax 3.变化率限幅out(n)out(n-1) out(n)-out(
4、n-1) / out(n-1) out(n)=out(n-1)*(1+ )out(n) out(n)=out(n-1)*(1 - )62防止饱和n对于增量式MV(out)= MP(比例) + MI (积分) + MD(微分) MV(out) MV(max) MI (积分)= MV(max)- MP(比例) - MD(微分) MV(out) MV(min) MI (积分)= MV(min)- MP(比例) - MD(微分)n对于位置式 采用输出限幅后,该问题就会直接解决。 63无扰切换n设置给定值(SPn)= 测量变量(PVn)n设置测量值(PVn-1) = 测量变量(PVn)n设置输出值(MX
5、)= 手动输出值(Mn)64带死区的PID控制算法带死区的PID控制规律如下: )()( )( )()()1()()()()(00kykrkker(k)-y(k)kekpukpkpTTjpTTkpKkudkjip非线性控制,非线性控制宽度、非线性控制增益。657. PID参数整定方法扩充临界比例带法扩充临界比例带法扩充响应曲线法扩充响应曲线法试凑法试凑法66扩充临界比例带法扩充临界比例带法扩充临界比例带法是模拟调节器中使用的临界比例带法扩充临界比例带法是模拟调节器中使用的临界比例带法(也称稳定边界法)的扩充,是一种闭环整定的实验经验方(也称稳定边界法)的扩充,是一种闭环整定的实验经验方法。按该
6、方法整定法。按该方法整定PIDPID参数的步骤如下:参数的步骤如下:选择一个足够短的采样周期选择一个足够短的采样周期T T,例如被控过程有纯滞后时,例如被控过程有纯滞后时,采样周期采样周期T T取滞后时间的取滞后时间的1/101/10以下,此时调节器只作纯比例以下,此时调节器只作纯比例控制,给定值控制,给定值r r作阶跃输入。作阶跃输入。逐渐加大比例系数逐渐加大比例系数KpKp,使控制系统出现临界振荡。由临界,使控制系统出现临界振荡。由临界振荡过程求得相应的临界振荡周期振荡过程求得相应的临界振荡周期TsTs,并记下此时的比例系,并记下此时的比例系数数KpKp,将其记作临界振荡增益,将其记作临界
7、振荡增益KsKs。此时的比例度为临界比例。此时的比例度为临界比例度。度。选择控制度。根据控制度,查表求出选择控制度。根据控制度,查表求出T T、KpKp、TiTi和和TdTd值。值。按照求得的整定参数,投入系统运行,观察控制效果,再按照求得的整定参数,投入系统运行,观察控制效果,再适当调整参数,直到获得满意的控制效果为止。适当调整参数,直到获得满意的控制效果为止。 67扩充临界比例带法参数速查表68扩充临界比例带法参数速查表(简化)控制作用控制作用 比例度比例度 Ti TD P PI PIDk2 . 2k2k7 . 1%k125T. 0k85T. 0k50T. 069扩充响应曲线法扩充响应曲线
8、法是一种开环整定方法。如果可以得到被控扩充响应曲线法是一种开环整定方法。如果可以得到被控对象的动态特性曲线,那么就可以与模拟调节系统的整定一对象的动态特性曲线,那么就可以与模拟调节系统的整定一样,采用扩充响应曲线法进行数字样,采用扩充响应曲线法进行数字PIDPID的整定。其步骤如下:的整定。其步骤如下:(1 1)断开数字控制器,使系统在手动状态下工作。将被)断开数字控制器,使系统在手动状态下工作。将被控量调节到给定值附近,当达到平衡时,突然改变给定值,控量调节到给定值附近,当达到平衡时,突然改变给定值,相当给对象施加一个阶跃输入信号。相当给对象施加一个阶跃输入信号。(2 2)记录被控量在此阶跃
9、作用下的变化过程曲线(即广)记录被控量在此阶跃作用下的变化过程曲线(即广义对象的飞升特性曲线)。义对象的飞升特性曲线)。70广义对象的飞升特性曲线Tpty071扩充响应曲线法(3)根据飞升特性曲线,求得被控对象纯滞后时)根据飞升特性曲线,求得被控对象纯滞后时间间 和等效惯性时间常数和等效惯性时间常数 ,以及它们的比值,以及它们的比值 。(4)由求得的)由求得的 和和 以及它们的比以及它们的比 ,选择某,选择某一控制度,查表即可求得数字一控制度,查表即可求得数字PID的整定参数的的整定参数的 值。值。(5)按求得的整定参数投入在投运中观察控制效)按求得的整定参数投入在投运中观察控制效果,再适当调
10、整参数,直到获得满意的控制效果。果,再适当调整参数,直到获得满意的控制效果。pT/pTpT/pTpidT KT T、 、 、72扩充响应曲线法参数速查表73衰减曲线法选把过程控制系统中调节器参数置成纯比例作用选把过程控制系统中调节器参数置成纯比例作用(TI=,TD=0)使系统投入运行。再把比例度)使系统投入运行。再把比例度从大逐渐调小,直到出现从大逐渐调小,直到出现4:1衰减过程曲线。衰减过程曲线。此时的比例度为此时的比例度为4:1衰减比例度衰减比例度c,两个相邻波,两个相邻波峰间的时间间隔,称为峰间的时间间隔,称为4:1衰退减振荡周期衰退减振荡周期Ts。 74衰减曲线法75衰减曲线法参数速查
11、表控制作用控制作用 比例度比例度 Ti TD P PI PIDs2 . 1ss8 . 0%s1T. 0s5T. 0s3T. 0 P PI PIDs2 . 1ss8 . 0s4T. 0s2Ts1.2T衰减率衰减率0.750.9076试凑法试凑法n只采用比例控制,Kp由小变大,若响应时间、超调、静差已达到要求,只采用比例调节即可。 n若静差不满足,则加入积分控制,将Kp减小,例如取0.8Kp代替Kp,Ti由大到小,反复测试多组的Kp和Ti值,从中确定合适的参数。 n若动特性不满足,比如超调量过大,或调节时间过长,则加入微分控制,Td由小到大,逐步凑多组PID参数,从中找出一组最佳调节参数。 77采
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