PID参数整定.ppt

MC-PP-399BAS Confidential and Proprietary.For Internal Educational Purposes Only PID控制器的参数整定控制器的参数整定戴连奎浙江大学智能系统与决策研究所2001/08/18常用的工业常用的工业PID控制器控制器P：PID：PI：Kc 对过渡过程的影响增益 Kc 的增大，使系统的调节作用增强，但稳定性下降（当系统稳定时，调节频率提高、最大偏差下降）；Ti 对系统性能的影响积分作用的增强（即Ti 下降），使系统消除余差的速度增强，但稳定性下降；PIDPID参数对控制性能的影响参数对控制性能的影响Td 对系统性能的影响微分作用的增强（即Td 增大），从理论上讲使系统的超前作用增强，稳定性得到加强，但高频噪声起放大作用。因而，微分作用不适合于测量噪声较大的对象。PIDPID参数对控制性能的影响参数对控制性能的影响(续续)工业工业PID控制器的选择控制器的选择*1：当工业对象具有较大的滞后：当工业对象具有较大的滞后时，可引入微分作用；但如果测时，可引入微分作用；但如果测量噪声较大，则应先对测量信号量噪声较大，则应先对测量信号进行一阶或平均滤波。进行一阶或平均滤波。问题：问题：选择原则分析。选择原则分析。常规控制系统分析举例常规控制系统分析举例问题：对于上图所示的问题：对于上图所示的“一阶一阶+纯延迟纯延迟”广义广义对象，通常采用对象，通常采用PI调节器对其进行控制。假设调节器对其进行控制。假设Kc*Kp=1，试分析闭环系统的临界稳定条件，并给，试分析闭环系统的临界稳定条件，并给出各参数（出各参数（Ti、Tp、）对稳定性的影响。）对稳定性的影响。PIDPID工程整定法工程整定法1-1-经验法经验法针对被控变量类型的不同，选择不同的PID参数初始值，投运后再作调整。尽管简单，但即使对于同一类型的被控变量，如温度系统，其控制通道的动态特性差别可能很大，因而经验法属最为“粗糙”的整定法。工程整定法工程整定法2-2-临界比例度法临界比例度法步骤：步骤：（1）先将切除PID控制器中的积分与微分作用，取比例增益KC较小值，并投入闭环运行；（2）将KC由小到大变化，对应于某一KC值作小幅度的设定值阶跃响应，直至产生等幅振荡；（3）设等幅振荡时所对应的振荡周期为Tcr、控制器增益Kcr，再根据控制器类型选择PID参数（p48,表1-9）。局限性：局限性：生产过程有时不允许出现等幅振荡，或者无法产生等幅振荡。“衰减振荡法”工程整定法工程整定法3-3-响应曲线法响应曲线法步骤：步骤：（1）在手动状态下，改变控制器输出（通常采用阶跃或方块脉冲变化），记录被控变量的响应曲线；（2）由开环响应曲线获得阶跃响应曲线，并求取“广义对象”的近似模型与模型参数；（3）根据控制器类型与对象模型，选择PID参数并投入闭环运行。在运行过程中，可对增益KC作恰当调整。工程整定法工程整定法3-3-响应曲线法响应曲线法(续续)常用参数整定规则：常用参数整定规则：（1 1）Z-NZ-N（Ziegler-NicholsZiegler-Nichols）规则）规则（p.50,表1-10）特点：特点：适合于存在明显纯滞后的自衡对象，而且广义对象的阶跃响应曲线可用“一阶+纯滞后”来近似。（2 2）修正的）修正的Z-NZ-N规则规则特点：特点：适合于自衡对象，而且广义对象的阶跃响应为“S”型曲线，即无振荡单调上升或下降曲线。常见的现场执行机构常见的现场执行机构基本调节回路的诊断基本调节回路的诊断将控制器置于“手动”方式，人为改变控制器的输出信号（遥控），检测现场调节阀阀杆是否上下移动；如果阀杆上下移动自如，检查相关流量/压力等测量信号是否随之变化。若变化很小，则检查测量信号是否正常，或者调节阀上游阀和下游阀是否全开，或者旁路阀是否关闭；如果调节阀灵活，而且相关被控信号可随之变化。则可进入单回路PID控制器的参数整定.Step 1:Step 1:开环阶跃响应测试开环阶跃响应测试（1）手动改变控制器的输）手动改变控制器的输出信号出信号u(k)，观察被控变量，观察被控变量y(k)的变化过程。的变化过程。（2）由阶跃响应曲线得到）由阶跃响应曲线得到对象基本特征参数对象基本特征参数。Step 2:Step 2:对象特征参数的获得对象特征参数的获得 Kp(稳态增益稳态增益)：Td(纯滞后时间纯滞后时间)与与Tp(一阶滞后时间常数一阶滞后时间常数)：Step 3:Step 3:PID参数的选取参数的选取 PID参数初始值的选择：n将上述将上述PID控制器投入控制器投入“Auto”（自动）方（自动）方式，并适当改变控制回路的设定值，观察控式，并适当改变控制回路的设定值，观察控制系统跟踪性能。若响应过慢，而且无超调制系统跟踪性能。若响应过慢，而且无超调存在，则适当加大存在，则适当加大KC值，例如增大到原来的值，例如增大到原来的两倍；反之，则减小两倍；反之，则减小KC值。值。单回路系统单回路系统PID参数整定举例参数整定举例相应仿真结果参见相应仿真结果参见SimuLink 演示程序演示程序（D:DLKControlEngPIDControlSinglePID.mdl）非自衡对象的阶跃响应非自衡对象的阶跃响应非自衡对象特征参数的获得非自衡对象特征参数的获得 Kp(稳态输出斜率稳态输出斜率)：其中其中umax、umin与与 ymax、ymin为输入输出的量程上下限；若巳归一化，则为输入输出的量程上下限；若巳归一化，则 umax umin=1,ymax ymin=1。(纯滞后时间纯滞后时间)“非自衡对象非自衡对象”控制系统分析控制系统分析问题：对于上述问题：对于上述“非自衡液位对象非自衡液位对象”，通常采用纯比例调节器对其进行控制。试分析上，通常采用纯比例调节器对其进行控制。试分析上述控制系统的临界稳定条件。述控制系统的临界稳定条件。非自衡对象非自衡对象PID参数整定原则参数整定原则n PID参数初始值的选择：参数初始值的选择：n将上述将上述PID控制器投入控制器投入“Auto”（自动）方（自动）方式，并适当改变控制回路的设定值，观察控式，并适当改变控制回路的设定值，观察控制系统的稳定性能。若稳定性较差，则可适制系统的稳定性能。若稳定性较差，则可适当减小当减小KC值。值。PID参数整定举例：非自衡对象参数整定举例：非自衡对象相应仿真结果参见相应仿真结果参见SimuLink 演示程序演示程序（D:DLKControlEngPIDControlSingPidIntProc.mdl）