PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多,概括起來(lái)有兩大類:一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用,還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法,它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn),直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行,且方法簡(jiǎn)單、易于掌握,在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法,主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn),其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn),然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù),都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善,F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下:(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作;(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié),直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩,記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期;(3)在一定的控制度下通過(guò)公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。
PID參數(shù)的設(shè)定:是靠經(jīng)驗(yàn)及工藝的熟悉,參考測(cè)量值跟蹤與設(shè)定值曲線,從而調(diào)整P\I\D的大小。
比例I/微分D=2,具體值可根據(jù)儀表定,再調(diào)整比例帶P,P過(guò)頭,到達(dá)穩(wěn)定的時(shí)間長(zhǎng),P太短,會(huì)震蕩,永遠(yuǎn)也打不到設(shè)定要求。
PID控制器參數(shù)的工程整定,各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中P.I.D參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以下可參照:
溫度T:P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s;
壓力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。
書(shū)上的常用口訣:
參數(shù)整定找最佳,從小到大順序查;
先是比例后積分,最后再把微分加;
曲線振蕩很頻繁,比例度盤要放大;
曲線漂浮繞大灣,比例度盤往小扳;
曲線偏離回復(fù)慢,積分時(shí)間往下降;
曲線波動(dòng)周期長(zhǎng),積分時(shí)間再加長(zhǎng);
曲線振蕩頻率快,先把微分降下來(lái);
動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢。微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng);
理想曲線兩個(gè)波,前高后低4比1;
一看二調(diào)多分析,調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低。
經(jīng)過(guò)多年的工作經(jīng)驗(yàn),我個(gè)人認(rèn)為PID參數(shù)的設(shè)置的大小,一方面是要根據(jù)控制對(duì)象的具體情況而定;另一方面是經(jīng)驗(yàn)。P是解決幅值震蕩,P大了會(huì)出現(xiàn)幅值震蕩的幅度大,但震蕩頻率小,系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng);I是解決動(dòng)作響應(yīng)的速度快慢的,I大了響應(yīng)速度慢,反之則快;D是消除靜態(tài)誤差的,一般D設(shè)置都比較小,而且對(duì)系統(tǒng)影響比較小。對(duì)于溫度控制系統(tǒng)P在5-10%之間;I在180-240s之間;D在30以下。對(duì)于壓力控制系統(tǒng)P在30-60%之間;I在30-90s之間;D在30以下。
這里介紹一種經(jīng)驗(yàn)法。這種方法實(shí)質(zhì)上是一種試湊法,它是在生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的行之有效的方法,并在現(xiàn)場(chǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
這種方法的基本程序是先根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),確定一組調(diào)節(jié)器參數(shù),并將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行,然后人為地加入階躍擾動(dòng)(如改變調(diào)節(jié)器的給定值),觀察被調(diào)量或調(diào)節(jié)器輸出的階躍響應(yīng)曲線。若認(rèn)為控制質(zhì)量不滿意,則根據(jù)各整定參數(shù)對(duì)控制過(guò)程的影響改變調(diào)節(jié)器參數(shù)。這樣反復(fù)試驗(yàn),直到滿意為止。
經(jīng)驗(yàn)法簡(jiǎn)單可靠,但需要有一定現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),整定時(shí)易帶有主觀片面性。當(dāng)采用PID調(diào)節(jié)器時(shí),有多個(gè)整定參數(shù),反復(fù)試湊的次數(shù)增多,不易得到最佳整定參數(shù)。
下面以PID調(diào)節(jié)器為例,具體說(shuō)明經(jīng)驗(yàn)法的整定步驟:
A. 讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù)S0=0,實(shí)際微分系數(shù)k=0,控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行,由小到大改變比例系數(shù)S1,讓擾動(dòng)信號(hào)作階躍變化,觀察控制過(guò)程,直到獲得滿意的控制過(guò)程為止。
B. 取比例系數(shù)S1為當(dāng)前的值乘以0.83,由小到大增加積分系數(shù)S0,同樣讓擾動(dòng)信號(hào)作階躍變化,直至求得滿意的控制過(guò)程。
C. 積分系數(shù)S0保持不變,改變比例系數(shù)S1,觀察控制過(guò)程有無(wú)改善,如有改善則繼續(xù)調(diào)整,直到滿意為止。否則,將原比例系數(shù)S1增大一些,再調(diào)整積分系數(shù)S0,力求改善控制過(guò)程。如此反復(fù)試湊,直到找到滿意的比例系數(shù)S1和積分系數(shù)S0為止。
D. 引入適當(dāng)?shù)膶?shí)際微分系數(shù)k和實(shí)際微分時(shí)間TD,此時(shí)可適當(dāng)增大比例系數(shù)S1和積分系數(shù)S0。和前述步驟相同,微分時(shí)間的整定也需反復(fù)調(diào)整,直到控制過(guò)程滿意為止。
PID參數(shù)是根據(jù)控制對(duì)象的慣量來(lái)確定的。大慣量如:大烘房的溫度控制,一般P可在10以上,I=3-10,D=1左右。小慣量如:一個(gè)小電機(jī)帶一臺(tái)水泵進(jìn)行壓力閉環(huán)控制,一般只用PI控制。P=1-10,I=0.1-1,D=0,這些要在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)進(jìn)行修正的。
STEP 7 Micro/WIN V4.0的PID向?qū)ё映绦蛟?
........PID向?qū)驅(qū)瓿梢院髮?huì)生成一個(gè)PID子程序,在程序中只需調(diào)用這個(gè)PID子程序即可。要正確設(shè)置PID向?qū)е械膮?shù),就必須了解這個(gè)PID子程序的原理。PID子程序的控制原理如下所述。
........假設(shè):給定值=X,給定值上限=A,給定值下限=B;反饋值=Y,反饋值上限=C,反饋值下限=D,那么PID子程序是這樣進(jìn)行控制調(diào)節(jié)的——根據(jù)PID參數(shù)和控制方式(正作用/反作用)來(lái)調(diào)節(jié)輸出,使下列的等式達(dá)到平衡:(X-B)/(A-B)=(Y-D)/(C-D)。
........知道了這個(gè)原理,設(shè)置給定值和反饋值的上下限就方便了。一般情況下這樣設(shè)置:把給定值看成工程量,例如需要控制的范圍(實(shí)際工程量的波動(dòng)范圍)是4-10公斤的壓力,那么給定值下限就設(shè)置為4,給定值上限就設(shè)置為10;直接把傳感器的輸出作為反饋值,而事實(shí)上4公斤的時(shí)候傳感器的輸出值是8000,10公斤的時(shí)候傳感器的輸出值是32000,那么反饋值下限就設(shè)置為8000,反饋值上限就設(shè)置為32000。
........當(dāng)然,設(shè)定的方法還有很多,請(qǐng)自己變通——給定值和反饋值都換算成工程量或都換算成數(shù)字量等,都可以,只要保證上面那個(gè)等式符合實(shí)際工藝,達(dá)到預(yù)期控制效果就可以了。