数字控制器的连续化设计.ppt

6.3数字PID控制器参数整定1）比例控制系数对控制性能的影响？2）积分控制系数对控制性能的影响？3）微分控制系数对控制性能的影响？1.参数整定方法：PID整定的理论方法：用采样系统理论进行分析设计确定参数；通过调整PID的三个参数将系统的闭环特征根分布在S域的左半平面的某一特定域内，以保证系统具有足够的稳定裕度并满足给定的性能指标。工程整定法：直接在系统中进行实验来确定参数。通常先理论计算确定控制策略，再工程整定确定参数。包括试凑法、扩充临界比例法、阶跃曲线法、归一参数整定法等。第37页,共46页，星期六，2024年，5月2.采样周期的选择1）香农（Shannon）采样定理按香农采样定理，为了不失真地复现信号的变化，采样频率至少应为有用信号最高频率的2倍，实际常选用4~10倍。2）其次要考虑下列诸因素：（1）给定值的变化频率（2）被控对象的变化速度（3）执行机构的类型（4）控制算法的类型（5）测量控制回路数（6）控制系统的随动和抗干扰的性能第38页,共46页，星期六，2024年，5月3.PID参数的试凑法整定1）整定比例部分先置PID控制器中的，使之成为比例控制器，再将比例系数由小调大，并观察相应的系统响应，直到得到反应快、超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差已经小到允许的范围内，并且响应曲线已经满意，那么只要用比例控制器即可，最优比例系数可由此确定。2）加入积分环节如果只用比例控制，系统的静差不能满足设计要求，则需加入积分环节。整定时先置积分时间常数TI为一较大值，并将经第一步整定得到的比例系数略为缩小（如缩小为原来值的0.8倍），然后减小积分时间常数，使系统在保持良好动态性能的情况下消除静差。在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复改变比例系数和积分时间常数，以期得到满意的控制过程与响应的参数。第39页,共46页，星期六，2024年，5月3）加入微分环节若使用比例积分控制器能消除静差，但系统的动态过程经反复调整仍不能满意，则可加入微分环节，构成PID控制器。在整定时，可先置微分时间常数为零，然后在第二步的基础上，增大，同时，相应地改变比例系数和积分时间常数，逐步试凑，以获得满意的控制效果和控制参数。被调量特点(min)(min)流量较小，不用微分1~2.50.1~1温度对象有较大滞后，常用微分1.6~53~100.5~3压力对象的滞后不大，不用微分1.4~3.50.4~3液压允许有静差时，不用积分和微分1.25~5表6-3常见被控量的PID参数经验选择范围第40页,共46页，星期六，2024年，5月4.PID参数的简易工程法整定1）扩充临界比例度法（1）选择短的采样频率：一般选择被控对象纯滞后时间的十分之一；（2）用选定T，求出临界比例系数及临界振荡周期具体办法是去掉积分与微分作用，只采用纯比例调节，逐渐增大比例系数，逐渐较小比例度，直到系统发生持续等幅振荡。纪录发生振荡的临界比例度和周期第41页,共46页，星期六，2024年，5月（3）选择控制度控制度的指标含意：控制度=1.05，数字PID与模拟控制效果相当；控制度=2.0，数字PID比模拟调节器的效果差。（4）根据选定的控制度，查表6-4求得（5）按计算参数进行在线运行，观察结果。如果性能欠佳，可适当加大控制度值，重新求取各个参数，继续观察控制效果，直至满意为止。第42页,共46页，星期六，2024年，5月2）归一参数整定法思想：根据经验数据，对多变量、相互耦合较强的系数，人为地设定“约束条件”，以减少变量的个数，达到减少整定参数数目，简易、快速调节参数的目的。方法：设Tr为纯比例作用下的临界振荡周期，根据大量的经验和研究可令则式：即可变为：只需整定Kp，观察效果，直到满意为止。第43页,共46页，星期六，2024年，5月3）扩充响应曲线法（1）使系统工作在手动操作状态下，将被控量调到给定值附近使之稳定下来，再突然给对象一个阶跃输入信号；（2）用仪表记录被控量在阶跃输入下的整个变化过程曲线，（即广义对象的飞升特性曲线）。（3）在曲线最大斜率处作切线，如图6-20，求得滞后时间，被控对象时间常数以及它们的比值