PID参数如何设定调节.doc
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- PID 参数 如何 设定 调节
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1、PIDPID 参数如何设定调节参数如何设定调节 - - - - 比例(比例(P P)控制)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号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差 (SteadySteady- -state errorstate error) 。) 。 积分(积分(I I)控制)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。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
2、稳态误差,则称这个控制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(系统是有稳态误差的或简称有差系统(System with SteadySystem with Steady- -state state ErrorError) 。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项” 。积分项) 。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项” 。积分项 对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便误差很小
3、,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,比例增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+ +积分积分(PI)(PI)控制控制 器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分(微分(D D)控制)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。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
4、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 后后(delay)(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,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”
5、,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例是“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+ +微微 分分(PD)(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 5 5、PIDPID 控制器的参数整定控制器的参数整定 PIDPID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心内控制器的参数整
6、定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控容。它是根据被控 过程的特性确定过程的特性确定 PIDPID 控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。 PIDPID 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。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
7、整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系调整和修改。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。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。 PIDPID 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验公式对控制器参数进行整定。 但无论采用哪一种
8、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。利用该方法进行界比例法。利用该方法进行 PIDPID 控制器参数的整定步骤如下:控制器参数的整定步骤如下:(1)(1)首先首先 预选择一个足够短的采样周期让系统工作预选择一个足够短的采样周期让系统工作(2)(2)仅加入比例控制环节,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 临界振荡周期临界振荡周期(3)(3)在一定的控制度下通过公式
9、计算得到在一定的控制度下通过公式计算得到 PIDPID 控制器的控制器的 参数。参数。 PIDPID 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,从而调整值曲线,从而调整 P P I I D D 的大小。的大小。 P PIDID 控制器参数的工程整定控制器参数的工程整定, ,各种调节系统中各种调节系统中 P.I.DP.I.D 参数经验数据参数经验数据 以下可参照:以下可参照: 温度温度 T: P=2060%,T=180600s,D=3T: P=2060%,T=180600s,D=3- -180s180s 压力压力 P:
10、P=3070%,T=24180s,P: P=3070%,T=24180s, 液位液位 L: P=2080%,T=60300s,L: P=2080%,T=60300s, 流量流量 L: P=40100%,T=660sL: P=40100%,T=660s。 书上的常用口诀:书上的常用口诀: 参数整定找最佳,从小到大顺序查参数整定找最佳,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漂浮绕大湾,比例度盘往小扳 曲线偏离回复慢,积分时曲线偏离回复慢,积分时间往下降间往下降 曲
11、线波动周期长,积分时间再加长曲线波动周期长,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,前高后低理想曲线两个波,前高后低 4 4 比比 1 1 一看二调多分析,调节质量不会低一看二调多分析,调节质量不会低 1、基础知识 在自动调节系统中,E=SP-PV。其中,E 为偏差、SP 为给定值、PV 为测量值。当 SP 大于 PV 时为正偏差,反之为负偏差。 1) 比例调节作用的动作与偏差的大小成正比;当比例度为 100 时,比例作用的输出 与偏差按各自量程范围的 1:1 动作。当比例度为
12、10 时,按 10:1 动作。即比例 度越小,比例作用越强。比例作用太强会引起振荡。太弱会造成比例欠调,造成 系统收敛过程的波动周期太多,衰减比太小。其作用是稳定被调参数。 2) 积分调节作用的动作与偏差对时间的积分成正比。即偏差存在积分作用就会有输 出。它起着消除余差的作用。积分作用太强也会引起振荡,太弱会使系统存在余 差。 3) 微分调节作用的动作与偏差的变化速度成正比。其效果是阻止被调参数的一切变 化,有超前调节的作用。对滞后大的对象有很好的效果。但不能克服纯滞后。适 用于温度调节。使用微分调节可使系统收敛周期的时间缩短。微分时间太长也会 引起振荡。 2、 整定方法 经验法是简单调节系统
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