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说一说经典的PID调节(二)

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FreeTigerMan
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发表于:2019/7/30 18:18:58
#0楼
说一说经典的PID调节(二)

先声明一下,很多图片来自于网络。内容当然也会参考一些网络内容,但绝对是经过楼主整理总结的。

比例(Proportion)、积分(Integration)、微分(Differential)控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的,实际使用中可以根据参数设定,成PI(只投比例积分)PD(比例微分)或PID(控制)。
  比例(P)控制
  比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。非常容易理解,误差大,就多加大输出,误差越大,输出的增加越大,比例值就是这个意思。

  积分(I)控制
  在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(System with Steady-state Error)。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。理论说的很长,理解也很简单:只要还存在偏差,我就随着时间的推移逐步增大输出(对时间积分),知道消除偏差或残差。

  微分(D)控制
  在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。这就是说,在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。就是说,微分调节是根据偏差的变化率来调节输出,如果偏差的变化很快,输出就跟着有一个大的变化,这样可以缩短跟踪时间。

PID控制器的参数整定是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。现场调节PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。

PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需要在实际运行中进行最后调整与完善。
现场一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下:
(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作(这个可以通过使能PID块的频率来实现,多数情况下可以一直接通,如果实在是大滞后,可以采用定时出发。一般来时PLC的扫描周期是比DCS短很多的)﹔
(2)仅加入比例控制环节,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡,记下这时的比例放大系数和临界振荡周期,这时要首先注意确保过程安全,避免震荡发散,随时做好切回手动控制的准备。HMI或编程软件的实时曲线对调试PID回路是非常有帮助的﹔
附件 PID4.jpg


附件 PID5.jpg

(3)在一定的控制度下通过公式计算或人工实验得到PID控制器的参数。
一般来说,积分先投入一点点(时间长一点),微分等基本稳定了以后用来改善系统响应,对于已经很好跟踪的回路也可以不设置。

附件 PID6.jpg



附件 PID7.jpg


附件 PID8.jpg


PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中PID参数经验数据以下可参照:
温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s
压力P: P=30~70%,T=24~180s,
液位L: P=20~80%,T=60~300s,
流量L: P=40~100%,T=6~60s。
网上找来的PID常用口诀,供大家参考:

参数整定找最佳,从小到大顺序查
先是比例后积分,最后再把微分加
曲线振荡很频繁,比例度盘要放大
曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳
曲线偏离回复慢,积分时间往下降
曲线波动周期长,积分时间再加长
曲线振荡频率快,先把微分降下来
动差大来波动慢。微分时间应加长
理想曲线两个波,前高后低4比1
一看二调多分析,调节质量不会低
[此贴子已经被作者于2019/7/30 18:19:33编辑过]
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weicy007
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发表于:2019/7/31 14:46:08
#1楼
先马住了,这个实际中经常会用到的。
很惭愧,做了一点微小的贡献。
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liuxd6909
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2017国庆活动(三)
2015Indusoft体验
LOGO!体验一等奖
发表于:2019/8/14 20:20:59
#2楼
总结 的口诀 很实用表情表情表情
思想决定高度
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越流岚
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发表于:2019/10/6 18:20:17
#3楼
楼主这个给力啊!必须点赞!总结的很详细啊!
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发表于:2019/10/6 18:21:28
#4楼
如果能结合曲线再解释一下,或者配上相应曲线图片,那句更赞了!!!
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FreeTigerMan
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发表于:2019/10/7 19:17:45
#5楼
下集写
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hnkfgg
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发站内信
发表于:2019/10/8 15:42:43
#6楼
很详细
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AUTOSYS168
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发表于:2019/11/2 15:35:13
#7楼
总结的很到位,给力表情
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