数字PID控制算法(1)

第五章数字PID控制算法之三主讲：黄松清安徽工业大学电气信息学院自动化系2013.3.26内容提要概述准连续PID控制算法对 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 PID算法的改进PID调节器的参数选择小结PID调节器参数选择PID整定的理论方法—通过调整PID的三个参数KP、TI、TD，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。—只有被控对象的数学模型足够精确时，才能把特征根精确地配置在期望的位置上，而大多数实际系统一般无法得到系统的精确模型，因此理论设计的极点配置往往与实际系统不能精确匹配。控制器闭环特征值(模拟)PID调节器PID调节器参数选择（2）试凑法确定PID调节参数◆通过模拟或闭环运行观察系统的响应曲线，然后根据各环节参数对系统响应的大致影响，反复凑试参数，以达到满意的响应，从而确定PID参数◆Kp增大，系统响应加快，静差减小，但系统振荡增强，稳定性下降；Ti增大，系统超调减小，振荡减弱，但系统静差的消除也随之减慢；Td增大，调节时间减小，快速性增强，系统振荡减弱，稳定性增强，但系统对扰动的抑制能力减弱PID调节器参数选择（3）◆在凑试时，可参考以上参数 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 控制过程的影响趋势，对参数进行先比例，后积分，再微分的整定步骤，步骤如下：—整定比例部分—如果仅调节比例调节器参数，系统的静差还达不到设计要求时，则需加入积分环节—若使用比例积分器，能消除静差，但动态过程经反复调整后仍达不到要求，这时可加入微分环节PID调节器参数选择（4）◆常见被控量的PID参数经验选择范围PID调节器参数选择（5）实验经验法确定(连续)PID调节参数◆临界比例法自平衡对象,对纯比例调节器，形成闭环,逐渐较小比例度δ(δ=1/kr），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δr及Tr调节器类型KpTiTdP调节器0.5Kr//PI调节器0.45Kr0.85Tr/PID调节器0.6Kr0.5Tr0.12TrPID调节器参数选择（5-2）◆临界比例法--齐格勒—尼柯尔斯Ziegler-NicholsmethodfortuningPIDcontrollerscanbesummarizedasfollows:Settheintegralandderivativegainstozeroandincreasetheproportionalgainuntilthesystemjustbecomesunstable.DefinethisgaintobeKrandmeasuretheperiodofoscillation,Tr.Set(连续PID)Kp=3*Kr/5,Ki=6*Kr/(5*Tr),andKd=3*Kr*Tr/40调节器类型KpTiTdP调节器0.5Kr//PI调节器0.45Kr0.85Tr/PID调节器0.6Kr0.5Tr0.12TrPID调节器参数选择（5）实验经验法确定PID调节参数◆方法1:扩充临界比例法－对模拟调节器中使用的临界比例度法的扩充和推广－整定数字控制器参数的步骤：①选择小的采样频率：一般选择被控对象纯滞后时间的十分之一②去掉积分与微分作用，逐渐较小比例度δ(δ=1/kr），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δr及TrPID调节器参数选择（6）③选择控 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 —控制度的定义：以模拟调节器为基准，将数字PID的控制效果与模拟调节器的控制效果相比较，采用误差平方积分表示：—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PID调节器参数选择（7）④根据选定的控制度，查表求得T、Kp、TI、TD的值控制度控制规律TKPTITD1.05PI0.03Tr0.53Kr0.88Tr--PID0.014Tr0.63Kr0.49Tr0.14Tr1.2PI0.05Tr0.49Kr0.91Tr--PID0.043Tr0.47Kr0.47Tr0.16Tr1.5PI0.14Tr0.42Kr0.99Tr--PID0.09Tr0.34Kr0.43Tr0.20Tr2.0PI0.22Tr0.36Kr1.05Tr--PID0.16Tr0.27Kr0.4Tr0.22TrPID调节器参数选择（8）◆方法2:阶跃曲线法－整定数字控制器参数的步骤：①数字控制器不接入控制系统，系统开环，并处于手动状态，再手动给对象输入阶跃信号②纪录系统对阶跃信号的响应曲线③根据曲线求得滞后时间τ、被控对象的时间常数Tτ，它们的比值Tτ/τ，并控制度PID调节器参数选择（9）－在响应曲线拐点处（斜率最大）处作一切线，求滞后时间τ和被控对象的时间常数Tτ阶跃曲线法确定的连续调节器（10-1）调节器类型KpTiTdP调节器Tτuo/τy//PI调节器0.8Tτuo/τy3τ/PID调节器1.2Tτuo/τy2τ0.42τPID调节器参数选择（10-2）④根据选定的控制度，查表求得T、Kp、TI、TD的值/u0=1控制度控制规律TKPTITD1.05PI0.1τ0.84Tτ/τ0.34τ--PID0.05τ0.15Tτ/τ2.0τ0.45τ1.2PI0.2τ0.78Tτ/τ3.6τ--PID0.16τ1.0Tτ/τ1.9τ0.55τ1.5PI0.5τ0.68Tτ/τ3.9τ--PID0.34τ0.85Tτ/τ1.62τ0.65τ2.0PI0.8τ0.57Tτ/τ4.2τ--PID0.6τ0.6Tτ/τ1.5τ0.82τPID调节器参数选择（11）◆方法3:归一参数整定法—简化扩充临界比例法，只需整定一个参数，因此称为归一参数整定法—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，可令T=0.1Tr；TI=0.5Tr；TD=0.125Tr，则：只需整定Kp，观察效果，直到满意为止。PID调节器参数选择（12）采样周期的选择◆根据香农（Shannon）采样定理，系统采样频率的下限为fs=2fmax，此时系统可真实地恢复到原来的连续信号◆从执行机构的特性要求来看，有时需要输出信号保持一定的宽度，采样周期必须大于这一时间◆从控制系统的随动和抗干扰的性能来看，要求采样周期短些◆从微机的工作量和每个调节回路的计算来看，一般要求采样周期大些◆从计算机的精度看，过短的采样周期是不合适的PID调节器参数选择（13）◆实际选择采样周期时，必须综合考虑—采用周期要比对象的时间常数小得多，否则采样信号无法反映瞬变过程—采用周期应远小于对象的扰动信号的周期—考虑执行器的响应速度—当系统纯滞后占主导地位时，应按纯滞后大小选取，并尽可能使纯滞后时间接近或等于采样周期的整数倍—考虑对象所要求的控制质量，精度越高，采样周期越短PID调节器参数选择（14）◆常见被控量的经验采样周期被测参数采样周期说明流量1—5优先选用1—2s压力3—10优先选用6—8s液位6—8优先选用7s温度15—20或纯滞后时间，串级系统：副环T=1/4—1/5T主环成分15—20优先选用18sPID调节器参数选择（14）整定参数寻最佳,从小到大逐步查;先调比例后积分,微分作用最后加;曲线震荡很频繁,比例刻度要放大;曲线漂浮波动大,比例刻度要拉小;曲线偏离回复慢,积分时间往小降;曲线波动周期长,积分时间要加长;曲线震荡动作繁,微分时间要加长.应用事例多温区电气加热炉控制系统应用事例控制系统数学模型加热炉:近似为一级惯性环节+纯滞后应用事例阶跃响应曲线测试Uo=0.3y=50Tτ=1170τ=70加热炉模型y=UoG(0)==>Kc==167T=1170τ=70连续PID参数K=0.12Ti=140sTd=29.4s温度/C504030201001000200030004000应用事例Matlab仿真应用事例Matlab仿镇结果分析\...K=0.12Ti=140sTd=29.4s应用事例Matlab仿真结果分析\...K=1.2Ti=240sTd=12s有问题!?内容汇总概述准连续PID控制算法(用数值逼近的方法实现PID控制规律)两种基本的数字PID控制算法对标准PID算法的改进(几种有代表性的PID改进算法)饱和问题及其抑制数字滤波SmithPID调节器的参数选择(PID调节器的参数整定)临界比例法阶跃曲线法