PID参数整定实验--李维涛.docVIP

PID参数整定实验 在过程控制中,PID控制器(PID调节器)一直是应用最为广泛的一种自动控制器。在模拟过程控制中，PID控制算式为： u(t) =Kp{}+u0 几个重要PID参数对系统控制过程的影响趋势： ①增大比例系数P一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。 ②增大积分时间I有利于减小超调，减小振荡，使系统的稳定性增加，但是系统静差消除时间变长。 ③增大微分时间D有利于加快系统的响应速度，使系统超调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱。一.实验试凑法 所谓实验凑试法是通过闭环运行或模拟，观察系统的响应曲线，然后根据各参数对系统的影响，反复凑试参数，直至出现满意的响应，从而确定PID控制参数。在凑试时，可参考以上参数对系统控制过程的影响趋势，对参数调整实行先比例、后积分，再微分的整定步骤。（1）整定比例控制 将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。 （2）整定积分环节 若在比例控制下稳态误差不能满足要求，需加入积分控制。 先将步骤（1）中选择的比例系数减小为原来的50～80％，再将积分时间置一个较大值，观测响应曲线。然后减小积分时间，加大积分作用，并相应调整比例系数，反复试凑至得到较满意的响应，确定比例和积分的参数。 （3）整定微分环节 若经过步骤（2），PI控制只能消除稳态误差，而动态过程不能令人满意，则应加入微分控制，构成PID控制。先置微分时间T=0，逐渐加大T，同时相应地改变比例系数和积分时间，反复试凑至获得满意的控制效果和PID控制参数。—N法 Z-N法又叫做临界比例度法，是目前使用较广的一种整定参数方法。 实验步骤： 把调节器的积分环节和微分环节断开，比例度置较大数值，把系统投入闭环运行，然后将调节器比例度Kp由大逐渐减小，得到临界振荡过程。这时候的比例度叫做临界比例度Kpcnt，振荡的两个波峰之间的时间即为临界振荡周期Tn. 根据Kpcnt和Tn的值，运用表1中的经验公式，计算出调节器各个参数Kp、Ti和Td的值。 根据计算结果设置调节器的参数值。运行之后，即可得到响应曲线。 控制器 Kp Ti Td P 0.5 Kpcnt ---- ---- PI 0.45 Kpcnt 0.85 Tn ---- PID 0.6 Kpcnt 0.5 Tn 0.12 Tn 表1 三．C—C法 C-C法也叫做动态特性参数法，就是根据系统开环广义过程（包括Wv(s).被控对象Wo(s)和测量变送Wm(s)阶跃响应特性进行近似计算的方法 在调节阀Wv(s)的输入端加一阶跃信号，记录测量变送器Wm(s)的输出响应曲线，根据该曲线求出代表广义过程的动态特性参数（τ----过程的滞后时间，T----过程的时间常数，K ----平衡终值）。然后根据这些参数的数值，分别应用表2相应公式计算出调节器的整定参数值 控制器 Kp Ti Td P T0/ 2(K0 τ) ---- ---- PI 0.9T0/2(K0 τ) 3τ ---- PID 1.2T0/2(K0 τ) 2τ 0.5τ 表2 下面以一阶（Gps=）、二阶( Gps= )和三阶( Gps= )控制对象说明，分别在P、PI和PID三种控制器作用下的不同。 P控制器 控制对象为Gps=时： 试凑法 根据上文讲到的由小到大，两边夹近的方法确定Kp=2.9 。 Z—N法 由上文所讲方法，断开微分积分环节，调节比例度Kpcnt=5.39346，使其得到如图1所示响应曲线： 图1 求得Tn=3.65。由表1经验式可得Kp=3.24。 ③．C—C法 由于是一阶控制对象，直接可知，K0=1，T0=3，τ=1。由表2经验式并微调可得Kp=3。 以上三种方法所得曲线，如图2所示： 图2 控制对象为Gps=时： 试凑法 根据上文的方法，逐步试凑，得到可观曲线。此时Kp=1.6。 Z—N法 同理上文，调节比例控制器，使曲线达到等幅震荡，如图3所示，此时Kpcnt= 3.7656 。 . 图3 由图求得Tn=5.55。根据表1经验式，可得Kp=1.88。 ③． C—C法 由上述所讲，给控制对象加一单位阶跃信号，示波器中显示曲线如图4所示： 图4 由图求得τ=1.5