临界比例度振荡实验和参数整定201210.pptVIP

4.3 PID控制器的选取与整定 ——临界比例度法整定PID参数 李林阳、陈国安实验成果分享 下图为单纯的P调节曲线，逐渐增大比例增益（即减小比例度），曲线能稳定但是有余差， P=300， P=250， P=200， P=150， P=100 比例度依次减小，余差也减小，（接着减小比例度曲线开始出现振荡） 单纯的P调节设定值50kpa，有余差 比例调节的特点： 有差调节 积分调节的特点： 无差调节 滞后作用 微分调节的特点： 1 也是有差调节 2 超前作用 3 抑制偏差变化，使被控变量平缓 一、水泵供水压力临界比例度振荡实验 控制对象为磁力驱动泵，控制变量为出水压力 控制器为AI818，输出周期CTL=5 查找等幅振荡情况下的比例度P参数值，依次减小P 比例度P=48时，压力振荡曲线如下，但曲线上下不对称 接着减小P值，P=47 (第一个峰值) P=46(后两个峰值) 当P=45时，出现等幅振荡如下图 设定值50kpa 振荡曲线波峰值 93.63kpa 振荡曲线波谷值6.74kpa。 振荡波形的周期Pu=20s 此时的临界比例增益Kcmax=1/45=0.0222 接着减小P，P=45(第一个震荡) P=44（后两个震荡） 下面是Ziegler-Nichols公式根据临界增益可以分别计算出P、PI、PID控制下的参数值 控制规律 Kc Ti Td P 0.5Kcmax PI 0.45Kcmax 0.83Pu PID 0.6Kcmax 0.5Pu 0.12Pu P调节 比例增益为：1/2*Kcmax=1/2*0.022=0.011， 所以比例度P=1/0.011=90.09 P调节：下图是从中间过程抓屏曲线，所以没有上升过程曲线。 PI调节：P=100.10（比例增益=0.00999），I=16.6 PID调节：P=75.075(比例值0.01332) ，I=10， D=2.4 微分对压力调节的影响 加上微分后控制效果反而出现振荡，为什么？ 微分作用Ud=Td*de/dt,微分作用在高频下有较大的振幅比。 如果测量值含有很大的噪声，由于微分作用对高频噪声起到放大作用，因此存在高频噪声的地方不宜用微分。 压力对象的波动和测量噪声比较多，所以压力控制不宜用微分 PI调节参数的调整 根据Ziegler-Nichols公式计算参数为P=100.10（比例增益0.00999），I=16.6） 而实际参数是在此基础上调整的：P=150.0，I=6.0，本组参数调节效果见下图 压力控制4:1衰减响应曲线 二、改变供水管道阻力的临界振荡实验 阀门FV102开度从100%变为50% 下面临界振荡的比例度P=51.5，所以Kcmax=0.0194 临界振荡周期Pu=19s, 设定值=50kpa压力振荡曲线 P调节：PB=103 PI调节：PB=114.4，Ti=15.77s PID调节：PB=85.8，Ti=9.5,Td=2.28,滤波系数DL=3，效果差！ 滤波系数DL=20，加大滤波作用，测量值越稳定，响应慢，但仍然振荡。 三、流量对象的临界比例度振荡实验 恒压供水为基础，设置为50kpa； P单独作用 等幅振荡曲线的查找，先把P作用从小到大每次增加0.1，大致找出临界震荡的P参数的范围，确定范围之后再把P从小到大每次增加0.02进行更精确的查找 流量设定值500(L/h)， 波峰值543 ，波谷值558 控制周期0.5s 比例增益 Kcmax=0.165 Pu=13s 根据Ziegler-Nichols公式计算参数为 P控制 P=0.0825 PI控制 P=0.07425 I=10.79 PID控制 P=0.099 I=6.5 Td=1.56 四、液位对象的临界比例度振荡实验 供水压力50Kpa 采用力控脚本语言编写最基本的PID位置式程序。 PID运算周期1s Kcmax=15.3 振幅为15mm Pu=73s 五、结论 对象惯性越小越容易振荡 对象惯性越小振荡幅值越大 对象惯性越小振荡周期越小 * 比例控制器 比例增益对控制性能的影响 控制器增益 Kc对系统性能的影响： 增益 Kc 增大，系统的调节作用增强，但稳定性下降 （当系统稳定时，调节频率提高、余差下降）。 积分作用对控制性能的影响 积分时间Ti 对系统性能的影响 引入积分作用可以消除稳态余差，但控制系统的稳定性下降。当积分作用过强时（即Ti 过小），可能使控制系统不稳定。 微分作用对控制性能的影响 PID 控制器 * *