中国石油大学过程控制课件03 简单控制_PID控制.ppt

* 两种仿真情况： 其它参数不变，仅仅积分时间变化； 保持系统稳定不变为前提，当积分时间变化后相应调整比例度。 注意：在simulink仿真中的PID控制器中可调的积分作用为积分时间的倒数。 仿真结果参见../Simulation/PIDControl/PIControlLoop.mdl * * * * * * * 具体参见 …/PIDControl/PidLoopAutoTuning.mdl * * * * 工业PID控制器的选择 *1：当工业对象具有较大的滞后时，可引入微分作用；但如果测量噪声较大，则应先对测量信号进行一阶或平均滤波。 PID工程整定法1-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。 （具体整定参数原则见 p.65 表5.3-1） 控制器参数经验数据 流 量：对象时间常数小，参数有波动，δ要大40―100%；Ti要短0.1―1min ；不用微分 。 温 度：对象容量滞后较大，即参数受干扰后变化迟缓，δ应小20―60%； Ti要长3―10min；一般需加微分 Td=0.5―3min 压 力：对象的容量滞后不算大，一般不加微分 δ =30―70% Ti=0.4―3min 液 位：对象时间常数范围较大，要求不高时， δ可在一定范围内选取，一般不用微分， δ= 20―80 % 工程整定法2-临界比例度法 1、先切除PID控制器中的积分与微分作用（即将积分时间设为无穷大，微分时间取为0），并令比例增益KC为一个较小值，并投入闭环运行； 2、将设定值作小幅度的阶跃变化，观察测量值的响应变化情况； 3、逐步增大KC的取值，对于每个KC值重复步骤2中的过程，直至产生等幅振荡； 4、设等幅振荡的振荡周期为Pu、产生等幅振荡的控制器增益为Kcmax 。 临界比例度法举例 临界比例度法举例(续1) 临界比例度法(续) 控制规律 Kcmax Ti Td P 0.5Kcmax PI 0.45Kcmax 0.83Pu PID 0.6Kcmax 0.5Pu 0.12Pu 根据等幅振荡曲线得到的振荡周期Pu 和产生等幅振荡的控制器增益Kcmax ， 对所选择的控制规律查表得到控制器参数。 临界比例度法举例（续2） 工程整定法3-响应曲线法 临界比例度法的局限性： 生产过程有时不允许出现等幅振荡，或者无法产生正常操作范围内的等幅振荡。 响应曲线法PID参数整定步骤： （1）在手动状态下，改变控制器输出（通常采用阶跃 变化），记录被控变量的响应曲线； （2）根据单位阶跃响应曲线求取“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，可对增益作调整。 响应曲线法举例 阶跃响应测试法举例（续1） 对象的近似模型： Ziegler-Nichols参数整定法 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。 整定公式： 响应曲线法举例（续2） 继电器型PID自整定器 具有继电器型非线性控制系统 问题：分析上述非线性系统产生等幅振荡的条件 ？ 继电器输入输出信号分析 周期信号的Fourier级数展开 一个以T为周期的方波函数f (t)可以展开为 假设继电器的幅值为d，则继电器输出的一次谐波为 继电器型控制系统等幅振荡条件 对于没有滞环的继电器环节，假设该环节输入的一次谐波振幅为a，则a为 系统产生振荡的条件是： 再由临界比例度法自动确定PID参数. 继电器型控制系统等幅振荡条件 再由临界比例度法自动确定PID参数. 控制规律 Kc Ti Td P 0.5Ku PI 0.45Ku 0.83Tu PID 0.6Ku 0.5Tu 0.12Tu 继电器型PID自整定举例 继电器型PID自整定举例（续） 单回路系统的“积分饱和”问题 问题：当存在大的外部扰动时，很有可能出现控制阀调节能力不够的情况，即使控制阀全开或全关，仍不能消除被控输出y(t)与设定值ysp(t)之间的误差。此时，由于积分作用的存在，使调节器输出u(t)无限制地增大或减少，直至达到极限值。而当扰动恢复正常时，由于u(t)在可调范围以外，不能马上起调节作用；等待一定时间后，系统才能恢复正常。 单回路系统积分饱和仿真结果 单回路系统积分饱和仿真结果 单回路系统的防积分饱和 讨论：正常情况为标准的PI控制算法；而当出现超限时，自动切除积分作用。 单回路系统的抗积分饱和举例 单回路工业PID控制器连接法 手自动无扰动切换问题与实现 实现方式： 在Auto （自动）