PID控制器参数整定-浙江大学-控制科学与工程学院课件.ppt

1、PID控制器参数整定补充戴连奎浙江大学控制学院2017/03/30PID参数的离线整定法n步骤 1：将控制器从“自动”模式切换至“手动”模式（此时控制器输出完全由人工控制），人为以阶跃方式增大或减少控制器输出，并记录控制器相关的输入输出动态响应数据。n步骤 2：由阶跃响应数据估计特性参数 K,T,。n步骤 3：按经验公式设定 PID参数 Kc、Ti、Td，并将控制器切换至“自动”模式。n步骤 4：根据系统闭环响应情况，增大或减少控制器增益Kc直至满意为止。PID控制器综合整定参数（Lambda 整定法）控制器KcTiTdP0PIT0PIDT/21TK 12TK 11.2TK 注意：上述规则不受

2、/T 取值的限制针对稳定对象，近似模型为exp1KsTs内 容n控制器参数整定的一般方法 n流量控制回路的PID参数整定方法n液位均匀控制系统的PID参数整定 n单回路控制的积分饱和与防止 n小结 流量回路的动态特性n动态响应的快速性n纯滞后时间接近零，即从理论上讲控制器增益可无限大n测量噪声大n为减少控制阀的频繁波动，宜采用PI控制器，而且控制增益应小、而积分作用应大（即接近纯积分控制器）（为什么？）流量回路的控制参数选择00)(1)()(udeTteKtutiCTi 整定原则：Ti=0.10min 或 Ti=0.05minKc 整定原则：控制增益可人工调整，但对于设定值的阶跃变化，实际流量

3、不应出现超调。.0204060801004550556065%Output of Transmitter0204060801000204060Time,min%Output of ControllerKc=4,Ti=2 minKc=1,Ti=0.5 min流量回路整定仿真举例 详见仿真模型./FlowLoop.mdl请比较控制器的比例增益与积分增益分析下列液位控制问题的不同点 液位回路的动态特性n不少液位对象为非自衡的积分过程，无法进行阶跃响应测试。n当进料流量变化为主要扰动时，对于液位控制回路，可能存在两种不同的控制目标(1)常规液位控制，也称“紧液位控制”；(2)液位均匀控制，也称“平均液

4、位控制”常规液位控制n控制目标是使液位与其设定值的偏差尽可能小，而对MV（如输出流量）的波动无限制。n假设该液位过程为自衡过程，则可采用阶跃响应获取K、T、，并可采用常规的参数整定法n假设该液位过程为非自衡过程，常采用PI控制器，而且控制增益大、积分作用弱（即接近纯比例控制器）（为什么？）液位均匀控制n控制目标是使操作变量（如储罐输出流量）尽可能平缓，以减少对下游装置的干扰，而允许贮罐液位在上下限之间波动。n液位均匀控制常采用比例控制器（在实际应用中，可采用PI控制器，并选择积分时间足够大，以减少积分作用）。n比例增益的整定原则：比例增益应尽可能小，只要液位的波动幅度不超过允许的上下限（对于可

5、能的大幅度输入流量干扰）。液位控制仿真举例 详见仿真模型./PIDControl/LevelLoop.mdl液位均匀控制系统的分析假设被控过程的动态方程为其中 A 为储罐的截面积。假设液位变送器LT 41与控制阀满足)()()(0tFtFdttdhAi)()(0tuKtFV,)()(maxhthty液位均匀控制系统的分析（续）对于某一纯比例控制器,Gc=Kc,111)()(maxmaxmaxsKKAhsAhKKsAhKKsFsFVCVCVCio11111)()(maxmaxmaxsKKAhKKsAhKKsAhsFsyVCVCVCi试分析上述模型参数对动态特性的响应纯比例液位均匀控制的仿真010

6、203040506070809010099.51010.511m3/hrFin,Fout01020304050607080901004648505254time,min%Ysp,YmKc=-0.5 Fin Kc=-2.0 积分饱和问题的由来若工艺介质温度过低，或工艺介质流量过大，或蒸汽量供应不足，导致控制阀即使全开，也难以保证换热温度达到其设定值。此时，分析PID控制器输出信号的变化情况。PID控制器的积分饱和问题积分饱和的实质当调节能力不足时，控制器内部状态超出正常工作范围。而当主要干扰消除后，控制器内部状态首先需要返回至正常工作范围，然后控制器才真正开始起调节作用。PID控制器积分饱和现象

7、问题讨论详见PI控制器仿真模型PIController_Limit.mdl单回路PID控制器的积分饱和现象讨论以下现象：（1）控制器的积分饱和现象（2）控制阀全开或全关0204060801001201401601802005560657075Ym,Ysp020406080100120140160180200-15-10-505D02040608010012014016018020050100150Uc,Up单回路控制的抗积分饱和原理原理：当控制器输出超出正常操作范围时，将积分作用切除。maxmaxmaxminminmin)(,)(),()(,)(utuifuutuuiftuutuifutucc

8、ccp0204060801001201401601802005560657075%Ysp,Ym020406080100120140160180200050100150%time,minUc,Up抗积分饱和仿真举例工业单回路PID控制器PID1PID2小结nPID控制器类型的选择n控制器参数整定的一般方法 n流量控制回路的PID参数整定方法n液位均匀控制系统的PID参数整定 n单回路控制的积分饱和现象及其防止 问题讨论n试用Simulink仿真模型，近似实现工业PID控制器的外部特性？n对于快速的流量控制回路，请给出PID参数的整定原则，并解释原因。n对于液位均匀控制回路，它与一般的液位控制有何区别？请给出PID参数的整定原则，并解释原因。n描述单回路控制系统的积分饱和现象，解释其产生原因，并给出相应的防积分饱和方案。