温控PID参数调节过程.doc

本文引自OURAVR论坛，对于学习PID参数的整定，个人觉得有很好的学习价值： 对于温度控制系统参数的整定过程及方法，有哪些信誉好的足球投注网站了很多论坛，大家都只提到PID数学原型，很少看到有实验过程及Kp,Ki,Kd参数的整定过程及方法，这2天闲着没事，来做个温度控制实验，并将一些实验过程写上来，我也是正在摸索阶段，希望大家踊跃发言哟，各位有好的建议尽管提出来，然后我来实验，将实验数据整理上来，希望对于以后想做温度控制的朋友有所帮助硬件： 1。用可控硅控制200W加热丝，对一铁块加热，用K型热电偶采集温度，采用MAX6675做温度转换，可以到0。25度的精度，并且外围很简单，很容易与CPU对接，采用SPI通信，读取当前的温度值 2。过零检测电路，将交流信号全波整流后得到的波形去控制NPN管，将信号整形后接到CPU外部中断脚，为系统提供基准时间，所以CPU中断的频率是100HZ 实验目标： 在100度到200度内可对任意设定的温度恒温，精度先做到+/-1度吧 基本的控制实现方法： 因为是对加热的铁块温度进行控制，属于滞后效应系统，所以采样周期先定为5秒（这里指的是PID计算的周期，注意我的温度采样是时时的），所以CPU外部中断次数为500次，对应的PID计算结果输出为0~500，就是说把这5秒钟划分为500等份，根据计算的结果来决定在这5秒钟内应该加热多少等份 软件： 采用PID控制方法，我先采用位置式输出方式，公式原型：u t ? ?kp?*?e t ?+?ki?*?[e 1 ?+?e 2 ?+?....+?e t ]?+?kd?*?[e t ?-?e t-1 ]，这里先做基本的PID算法，达到控制目标后再来优化算法提高恒温精度，考虑到实验温度过高实验时间会过长，所以我先定目标控制温度为110度，等控制好了再看其他温度会达到多少精度，为了提高加热速度提前20度开始PID控温 下面是调节参数的过程及数据： 参照网上一些方法，先确定Kp，即令Ki，Kd 0，只用比例调节，得到一个稳定的越接近控制目标的震荡参数，然后根据这个Kp和震荡周期来计算Ti，Td，第1次：Kp 2.5，测试数据如下见图片：Y坐标为温度值，放大了10倍，X坐标为时间每5秒一个点， 1 第2次：Kp 5 1 第3次：Kp 8。5，这次的测试时间比较长，因为比较接近稳定震荡了，图片如下： 1 第4次：Kp 9，从图片已经基本稳定，下次再测试一下9.3这个值 1 第5次实验结果，Kp 9.3，从图上分析，震荡幅度稍比9的大点，但是上下幅度比较均匀，所以先确定Kp为9~9.3之间 1 现在整理了一下Kp 9和Kp 9.3的震荡周期，图片分析如下 1 从数据看震荡周期基本都是48~43个点，每个点是5秒，所以震荡周期为225秒 接下来根据下面典型参数计算表： Ziegler-Nichols参数? 控制器 Kp Ti Td? P 0.50*Kc / /? PD 0.65*Kc / 0.12*Pc? PI 0.45*Kc 0.85*Pc /? PID 0.65*Kc 0.5*Pc 0.12*Pc? 我先做PD实验： 根据临界增益KC 9.2?震荡周期Pc 225秒，计算出Kp 5.98，Td 27秒，公式Kd Kp*Td/T 5.98*27/5 32.392验结果出来了，见下图 1 从图片数据分析最终稳定温度为：109度，上下波动为0。5度，而我的设定目标温度为110，说明这里引入了2度的稳太误差 需要加入积分调节器才能消除这个稳态误差 计算Ti 112.5秒，根据公式：Ki Kp*T/Ti 5.98*5/112.5 0.265 下面加入PID调节，看实验结果如何？下面是加入积分分离法的PID算法实验结果 从图中数据看出已经符合设计要求，在110度稳定精度为+/-0。5，等一下看看其他设定温度的控制效果 1 面是180度目标的控温效果，恒温时为180，+/-0.5度的误差，基本已经满足要求 1