增量式pid參數(shù)怎么調(diào)

PID控制簡(jiǎn)介

目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)控控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)﹑輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過(guò)輸出接口﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)﹐加到被控系統(tǒng)上﹔控制系統(tǒng)的被控量﹐經(jīng)過(guò)傳感器﹐變送器﹐通過(guò)輸入接口送到控制器。

不同的控制系統(tǒng)﹐其傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。

目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器（intelligentregulator），其中PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過(guò)智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。有利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器（PLC），還有可實(shí)現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等。可編程控制器（PLC）是利用其閉環(huán)控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)PID控制，而可編程控制器（PLC）可以直接與ControlNet相連，如Rockwell的PLC-5等。還有可以實(shí)現(xiàn)PID控制功能的控制器，如Rockwell的Logix產(chǎn)品系列，它可以直接與ControlNet相連，利用網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。

PID控制器的參數(shù)整定

PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類：

一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。

二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。

PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。

三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。

利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：

（1）首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作﹔

（2）僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期﹔

（3）在一定的控制度下通過(guò)公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。

PID控制器參數(shù)的工程整定，各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中PID參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以下可參照：

溫度T： P=20~60%，T=180~600s，D=3-180s

壓力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。

PID常用口訣：

參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查

先是比例后積分，最后再把微分加

曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大

曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳

曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降

曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng)

曲線振蕩頻率快，先把微分降下來(lái)

動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢。微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)

理想曲線兩個(gè)波，前高后低4比1

一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低

PID參數(shù)的設(shè)定：是靠經(jīng)驗(yàn)及工藝的熟悉，參考測(cè)量值跟蹤與設(shè)定值曲線，從而調(diào)整PID的大小。

PID調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)

Kp： 比例系數(shù) ----- 比例帶（比例度）P：輸入偏差信號(hào)變化的相對(duì)值與輸出信號(hào)變化的相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù)表示 （比例系數(shù)的倒數(shù)）

T：采樣時(shí)間

Ti： 積分時(shí)間

Td： 微分時(shí)間

溫度T： P=20~60%，Ti=180~600s，Td=3-180s

壓力P： P=30~70%，Ti=24~180s，

液位L： P=20~80%，Ti=60~300s，

流量L： P=40~100%，Ti=6~60s。

（1）一般來(lái)說(shuō)，在整定中，觀察到曲線震蕩很頻繁，需把比例帶增大以減少震蕩；當(dāng)曲線最大偏差大且趨于非周期過(guò)程時(shí)，需把比例帶減少

（2）當(dāng)曲線波動(dòng)較大時(shí)，應(yīng)增大積分時(shí)間；曲線偏離給定值后，長(zhǎng)時(shí)間回不來(lái)，則需減小積分時(shí)間，以加快消除余差。

（3）如果曲線震蕩的厲害，需把微分作用減到最小，或暫時(shí)不加微分；曲線最大偏差大而衰減慢，需把微分時(shí)間加長(zhǎng)而加大作用

（4）比例帶過(guò)小，積分時(shí)間過(guò)小或微分時(shí)間過(guò)大，都會(huì)產(chǎn)生周期性的激烈震蕩。積分時(shí)間過(guò)小，震蕩周期較長(zhǎng)；比例帶過(guò)小，震蕩周期較短；微分時(shí)間過(guò)大，震蕩周期最短

（5）比例帶過(guò)大或積分時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，都會(huì)使過(guò)渡過(guò)程變化緩慢。比例帶過(guò)大，曲線如不規(guī)則的波浪較大的偏離給定值。積分時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，曲線會(huì)通過(guò)非周期的不正常途徑，慢慢回復(fù)到給定值。

注意：當(dāng)積分時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或微分時(shí)間過(guò)大，超出允許的范圍時(shí)，不管如果改變比例帶，都是無(wú)法補(bǔ)救的

PID調(diào)試步驟

沒(méi)有一種控制算法比PID調(diào)節(jié)規(guī)律更有效、更方便的了。現(xiàn)在一些時(shí)髦點(diǎn)的調(diào)節(jié)器基本源自PID。甚至可以這樣說(shuō)：PID調(diào)節(jié)器是其它控制調(diào)節(jié)算法的嗎。

為什么PID應(yīng)用如此廣泛、又長(zhǎng)久不衰？

因?yàn)镻ID解決了自動(dòng)控制理論所要解決的最基本問(wèn)題，既系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，兼顧系統(tǒng)的帶載能力和抗擾能力，同時(shí)，在PID調(diào)節(jié)器中引入積分項(xiàng)，系統(tǒng)增加了一個(gè)零積點(diǎn)，使之成為一階或一階以上的系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差就為零。

由于自動(dòng)控制系統(tǒng)被控對(duì)象的千差萬(wàn)別，PID的參數(shù)也必須隨之變化，以滿足系統(tǒng)的性能要求。這就給使用者帶來(lái)相當(dāng)?shù)穆闊?，特別是對(duì)初學(xué)者。下面簡(jiǎn)單介紹一下調(diào)試PID參數(shù)的一般步驟：

1．負(fù)反饋

自動(dòng)控制理論也被稱為負(fù)反饋控制理論。首先檢查系統(tǒng)接線，確定系統(tǒng)的反饋為負(fù)反饋。例如電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，輸入信號(hào)為正，要求電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，反饋信號(hào)也為正（PID算法時(shí)，誤差=輸入-反饋），同時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，反饋信號(hào)越大。其余系統(tǒng)同此方法。

2．PID調(diào)試一般原則

a.在輸出不振蕩時(shí)，增大比例增益P。

b.在輸出不振蕩時(shí)，減小積分時(shí)間常數(shù)Ti。

c.在輸出不振蕩時(shí)，增大微分時(shí)間常數(shù)Td。

3．一般步驟

a.確定比例增益P

確定比例增益P 時(shí)，首先去掉PID的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)，一般是令Ti=0、Td=0（具體見PID的參數(shù)設(shè)定說(shuō)明），使PID為純比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的最大值的60%~70%，由0逐漸加大比例增益P，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過(guò)來(lái)，從此時(shí)的比例增益P逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時(shí)的比例增益P，設(shè)定PID的比例增益P為當(dāng)前值的60%~70%。比例增益P調(diào)試完成。

b.確定積分時(shí)間常數(shù)Ti

比例增益P確定后，設(shè)定一個(gè)較大的積分時(shí)間常數(shù)Ti的初值，然后逐漸減小Ti，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過(guò)來(lái)，逐漸加大Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時(shí)的Ti，設(shè)定PID的積分時(shí)間常數(shù)Ti為當(dāng)前值的150%~180%。積分時(shí)間常數(shù)Ti調(diào)試完成。

c.確定微分時(shí)間常數(shù)Td

積分時(shí)間常數(shù)Td一般不用設(shè)定，為0即可。若要設(shè)定，與確定 P和Ti的方法相同，取不振蕩時(shí)的30%。

d.系統(tǒng)空載、帶載聯(lián)調(diào)，再對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，直至滿足要求。