PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多,概括起來有兩大類:一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型,經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用,還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法,它主要依賴工程經(jīng)驗,直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行,且方法簡單、易于掌握,在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法,主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點,其共同點都是通過試驗,然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù),都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善,F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下:(1)首先預選擇一個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)對輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振蕩,記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期;(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。
PID參數(shù)的設(shè)定:是靠經(jīng)驗及工藝的熟悉,參考測量值跟蹤與設(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過頭,到達穩(wěn)定的時間長,P太短,會震蕩,永遠也打不到設(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;
曲線偏離回復慢,積分時間往下降;
曲線波動周期長,積分時間再加長;
曲線振蕩頻率快,先把微分降下來;
動差大來波動慢。微分時間應加長;
理想曲線兩個波,前高后低4比1;
一看二調(diào)多分析,調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低。
經(jīng)過多年的工作經(jīng)驗,我個人認為PID參數(shù)的設(shè)置的大小,一方面是要根據(jù)控制對象的具體情況而定;另一方面是經(jīng)驗。P是解決幅值震蕩,P大了會出現(xiàn)幅值震蕩的幅度大,但震蕩頻率小,系統(tǒng)達到穩(wěn)定時間長;I是解決動作響應的速度快慢的,I大了響應速度慢,反之則快;D是消除靜態(tài)誤差的,一般D設(shè)置都比較小,而且對系統(tǒng)影響比較小。對于溫度控制系統(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)驗法。這種方法實質(zhì)上是一種試湊法,它是在生產(chǎn)實踐中總結(jié)出來的行之有效的方法,并在現(xiàn)場中得到了廣泛的應用。
這種方法的基本程序是先根據(jù)運行經(jīng)驗,確定一組調(diào)節(jié)器參數(shù),并將系統(tǒng)投入閉環(huán)運行,然后人為地加入階躍擾動(如改變調(diào)節(jié)器的給定值),觀察被調(diào)量或調(diào)節(jié)器輸出的階躍響應曲線。若認為控制質(zhì)量不滿意,則根據(jù)各整定參數(shù)對控制過程的影響改變調(diào)節(jié)器參數(shù)。這樣反復試驗,直到滿意為止。
經(jīng)驗法簡單可靠,但需要有一定現(xiàn)場運行經(jīng)驗,整定時易帶有主觀片面性。當采用PID調(diào)節(jié)器時,有多個整定參數(shù),反復試湊的次數(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,具體說明經(jīng)驗法的整定步驟:
A. 讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù)S0=0,實際微分系數(shù)k=0,控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運行,由小到大改變比例系數(shù)S1,讓擾動信號作階躍變化,觀察控制過程,直到獲得滿意的控制過程為止。
B. 取比例系數(shù)S1為當前的值乘以0.83,由小到大增加積分系數(shù)S0,同樣讓擾動信號作階躍變化,直至求得滿意的控制過程。
C. 積分系數(shù)S0保持不變,改變比例系數(shù)S1,觀察控制過程有無改善,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,力求改善控制過程。如此反復試湊,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?shù)膶嶋H微分系數(shù)k和實際微分時間TD,此時可適當增大比例系數(shù)S1和積分系數(shù)S0。和前述步驟相同,微分時間的整定也需反復調(diào)整,直到控制過程滿意為止。
PID參數(shù)是根據(jù)控制對象的慣量來確定的。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:一個小電機帶一臺水泵進行壓力閉環(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)場調(diào)試時進行修正的。
STEP 7 Micro/WIN V4.0的PID向?qū)ё映绦蛟?
........PID向?qū)驅(qū)瓿梢院髮梢粋PID子程序,在程序中只需調(diào)用這個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)來調(diào)節(jié)輸出,使下列的等式達到平衡:(X-B)/(A-B)=(Y-D)/(C-D)。
........知道了這個原理,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(實際工程量的波動范圍)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,而事實上4公斤的時候傳感器的輸出值是8000,10公斤的時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。
........當然,設(shè)定的方法還有很多,請自己變通——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,只要保證上面那個等式符合實際工藝,達到預期控制效果就可以了。