3_3PID参数整定-控制科学与工程学系-浙江大学.PPT

液位均匀控制系统的分析 假设被控过程的动态方程为 其中 A 为储罐的截面积。假设液位变送器与控制阀满足 液位均匀控制系统的分析（续） 对于某一纯比例控制器, Gc = －Kc, PID控制的“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。 可以吗？ 单回路系统的抗积分饱和举例 工业单回路PID控制器 PID1 PID2 手自动无扰动切换 实现方式： Auto (自动)状态，使手操器输出等于调节器的输出； Man(手动)状态，使调节器输出等于手操器的输出。 * 分析两个液位回路的不同之处 * 可实现进出物料的自动平衡； 控制器增益Kc的减少可使出料更加平缓，但使液位的余差增大。 * * * PID参数整定 于玲 浙江大学控制系 2014/03/09 outline PID控制器选择 单回路PID控制器参数整定 防积分饱和和无扰动切换 对于某一动态特性未知的广义被控过程，如何选择PID控制器形式，并整定PID控制器参数 ? 单回路PID控制系统应用问题 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参数整定的概念 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.58 表3-2） 工程整定法2-闭环整定法 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），设置比例增益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Kcu 。 闭环整定法 由纯比例控制下的等幅振荡曲线，获得临界控制器增益 Kcu与临界振荡周期 Tu，并按下表得到正常工作下的控制器参数。 控制规律 Kc Ti Td P 0.5Kcu PI 0.45Kcu 0.83Tu PID 0.6Kcu 0.5Tu 0.12Tu 闭环整定法 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。 闭环整定法 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； 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； 根据控制器类型与对象模型，选择PID参数并投入闭环运行。 根据系统闭环响应情况，增大或减少控制器增益Kc直至满意为止。 工程整定法3-开环整定法 开环整定法 获得广义对象模型 对象的近似模型： 开环整定法(Ziegler-Nichols 法) 控制器类型 Kc Ti Td P ∞ 0 PI 0 PID 注意：上述整定规则仅限于 取值 开环整定法(Lambda 法) 控制器 Kc Ti Td P PI T PID T τ/2 注意：上述整定规则不受τ/T 取值的限制 广义对象特性参数： K = 1.75 T = 6.5,τ= 3.3 min 若采用 PI 控制器， Z-N 法：Kc = 1.0, Ti = 11 min Lambda 法：Kc = 0.56, Ti = 6.5 min 开环整定法 广义对象特性参数： K = 1.75 T = 6.5,τ= 6.3 min 若采用 PI 控制器， Z-N 法：Kc = 0.53, Ti = 20.8 min Lambda 法：Kc = 0.30, Ti = 6.5 min 开环整定法 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情况？ 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 继电器型控制回路的等幅振荡 假设： 一次谐波分量占优 对象具有低通特性 则继电器输入信号的振幅a为 系统产生振荡时满足： 再由临界比例度法自动确定PID参数. 继电器型PID自整定举例 Ti 整定原则：