【正文】 D i i i i i i i i iDDi i i iT e e e e e e e e eTT T T T TTe e e eT? ? ?? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ?????? ? ? ?10:04 61 第五節(jié) Unit 5 PID調節(jié)器參數(shù)的選擇 10:04 62 PID調節(jié)器參數(shù)選擇 調節(jié)器結構的選定原則： 系統(tǒng)穩(wěn)定，且盡可能消除靜差。 選用什么控制律是由對象特性，控制要求和生產工藝決定的。 ◆ 有自平衡性的對象 選擇包含有積分環(huán)節(jié)的調節(jié)器（ PI或 PID） ◆ 無自平衡性的對象 選擇不包含有積分環(huán)節(jié)的調節(jié)器（ P， PD） ? 確定調節(jié)器的結構 10:04 63 PID調節(jié)器參數(shù)選擇 ?參數(shù)整定的含義： 根據對象特性，合理地選擇數(shù)字控制器中的參數(shù)（比例系數(shù)，積分時間常數(shù)，微分時間常數(shù)，采樣周期） ?參數(shù)整定的要求： 被控對象穩(wěn)定，對給定值的變化能快速且光滑地跟蹤，超調量要小。在不同干擾下，系統(tǒng)輸出要保持在給定值，控制量不宜過大。這些要求，主要方面應能滿足。 ?參數(shù)整定方法： 理論方法，湊試法，試驗經驗法，后兩種工程上比較有用。 10:04 64 PID調節(jié)器參數(shù)選擇（ 2） ? PID整定的理論方法 — 通過調整 PID的三個參數(shù) KP、 TI、 TD ，將系統(tǒng)的閉環(huán)特征根分布在 s 域的 左半平面的某一特定域內 ，以保證系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定裕度并滿足給定的 性能指標 — 只有被控對象的數(shù)學模型足夠精確時，才能把特征根精確地配置在期望的位置上，而大多數(shù)實際系統(tǒng)一般無法得到系統(tǒng)的精確模型，因此理論設計的極點配置往往與實際系統(tǒng)不能精確匹配 10:04 65 PID調節(jié)器參數(shù)選擇（ 3） ? 試湊法確定 PID調節(jié)參數(shù) ◆ 通過模擬或閉環(huán)運行觀察系統(tǒng)的響應曲線，然后根據各環(huán)節(jié)參數(shù)對系統(tǒng)響應的大致影響，反復湊試參數(shù)，以達到滿意的響應，從而確定 PID參數(shù) ◆ Kp增大，系統(tǒng)響應加快，靜差減小，但系統(tǒng)振蕩增強，穩(wěn)定性變壞； Ti增大，系統(tǒng)超調減小，振蕩減弱，但系統(tǒng)靜差的消除也隨之減慢； Td增大， 調節(jié)時間減小，快速性增強， 系統(tǒng)振蕩減弱，穩(wěn)定性增強，但系統(tǒng)對擾動的抑制能力減弱 10:04 66 PID調節(jié)器參數(shù)選擇（ 4） ◆ 在湊試時，可參考以上參數(shù)對控制過程的影響趨勢，對參數(shù)進行先比例，后積分，再微分的整定步驟，步驟如下： — 整定比例部分 — 如果僅調節(jié)比例調節(jié)器參數(shù)，系統(tǒng)的靜差還達不到設計要求時，則需加入積分環(huán)節(jié) — 若使用比例積分器，能消除靜差，但動態(tài)過程經反復調整后仍達不到要求，這時可加入微分環(huán)節(jié) 10:04 67 PID調節(jié)器參數(shù)選擇（ 5） ◆ 常見被控量的 PID參數(shù)經驗選擇范圍 10:04 68 PID調節(jié)器參數(shù)選擇（ 6） ? 實驗經驗法確定 PID調節(jié)參數(shù) ◆ 擴充臨界比例法（自平衡對象的控制參數(shù)） － 對模擬調節(jié)器中使用的臨界比例度法的擴充和推廣 － 整定數(shù)字控制器參數(shù)的步驟： ①選擇短的采樣頻率：一般選擇被控對象純滯后時間的十分之一 ②去掉積分與微分作用，逐漸減小比例度 δ (δ =1/kp），直到系統(tǒng)發(fā)生持續(xù)等幅振蕩。記錄發(fā)生振蕩的臨界比例度和周期 δu及 Tu 10:04 69 PID調節(jié)器參數(shù)選擇（ 7） ③ 選擇控制度 — 控制度的定義：以模擬調節(jié)器為基準，將數(shù)字PID的控制效果與模擬調節(jié)器的控制效果相比較，采用誤差平方積分表示： — 實際應用中并不需要計算出兩個誤差平方面積，控制度僅是表示控制效果的物理概念。例如，控制度=，就是指數(shù)字 PID與模擬控制效果相當；控制度 =，就是指數(shù)字 PID比模擬調節(jié)器的效果差。 2020ddetet????????????????數(shù) 字模 擬控 制 度 ＝10:04 70 PID調節(jié)器參數(shù)選擇（ 8） ④ 根據選定的控制度，查表求得 T、 Kp、 TI、 TD的值 控制度 控制規(guī)律 T KP TI TD PI PID u PI PID u PI PID u PI PID u 10:04 71 PID調節(jié)器參數(shù)選擇（ 9） ? 采樣周期的選擇 ◆ 根據香農采樣定理，系統(tǒng)采樣頻率的下限為 fs = 2fmax，此時系統(tǒng)可真實地恢復到原來的連續(xù)信號 ◆ 從執(zhí)行機構的特性要求來看 ， 有時需要輸出信號保持一定的寬度 ， 采樣周期必須大于這一時間 ◆ 從控制系統(tǒng)的隨動和抗干擾的性能來看，要求采樣周期短些 ◆ 從微機的工作量和每個調節(jié)回路的計算來看，一般要求采樣周期大些 ◆ 從計算機的精度看，過短的采樣周期是不合適的 10:04 72 PID調節(jié)器參數(shù)選擇（ 10） ◆ 實際選擇采樣周期時，必須綜合考慮 — 采用周期要比對象的時間常數(shù)小得多，否則采樣信號無法反映瞬變過程 — 采用周期應遠小于對象的擾動信號的周期 — 考慮執(zhí)行器的響應速度 — 當系統(tǒng)純滯后占主導地位時，應按純滯后大小選取，并盡可能使純滯后時間接近或等于采用周期的整數(shù)倍 — 考慮對象所要求的控制質量，精度越高，采樣周期越短，以減小系統(tǒng)的純滯后 10:04 73 PID調節(jié)器參數(shù)選擇（ 11） ◆ 常見被控量的經驗采樣周期 被測參數(shù) 采樣周期 說 明 流量 1— 5 優(yōu)先選用 1— 2s 壓力 3— 10 優(yōu)先選用 6— 8s 液位 6— 8 優(yōu)先選用 7s 溫度 15— 20 或純滯后時間，串級系統(tǒng)： 副環(huán) T=1/4— 1/5T主環(huán) 成分 15— 20 優(yōu)先選用 18s 10:04 74 小 結 PID控制器定義式（位置式、增量式）優(yōu)缺點 PID的積分飽和作用及抑制方法 ⑴對給定值突變加阻尼 ⑵增量式 PID的動態(tài)加速 ⑶純滯后補償 ⑴湊試法 ⑵實驗經驗法：擴充臨界比例度法，階躍曲線法。