回复:应用探讨——西门子PID调节应用及技巧探讨

Automann

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发布于 2013-03-20 14:14:09

75楼

quote:以下是引用Automann在2013-03-17 22:57:23的发言:
前面我已经讲过比例、积分和微分控制作用的物理意义。可能给人的印象它们都是天使,只要使用了PID控制,系统的性能一定完美无缺。事实并非如此,量变引起质变,如果P、I、D参数设置不当,天使也会变为魔鬼。
以调节洗澡水的温度为例,我们用皮肤检测水的温度,并计算出温度误差,人的大脑是闭环控制器。假设水温偏低,往热水增大的方向调节阀门后,因为从阀门到出水口有一段距离,需要经过一定的时间延迟,才能感觉到水温的变化。如果没有滞后,调节阀门后马上就能感觉到水温的变化,那就很好调节了。
假设按照比例控制来调节阀门,如果比例系数太大,每次调节阀门的角度太大,调节过头,将会造成水温忽高忽低,来回震荡。如果比例系数太小,每次调节阀门的角度太小,虽然不会调节过头(没有超调),但是温度的变化太慢。
积分作用也有类似的问题,如果积分时间太小,积分作用太强(即积分项的系数太大),相当于比例系数太大,也有调节过头的问题。积分项由当前误差值和过去的历次误差值累加而成。因此积分本身具有严重的滞后特性,对系统的稳定性不利。积分作用太强会使超调量增大。积分作用太弱,消除误差太慢。
微分根据过程变量变化的趋势来控制,具有超前和预测的特性。在温度上升尚未达到稳态值时,提前给出了制动作用,可以减少超调量。微分的本质是阻碍过程变量的变化。微分时间过大,微分作用过强,制动过度,将会使过程变量变化迟缓,超调量反而会增大。

根据P、I、D参数的物理意义和调试PID参数的实践,可以总结出下述调节PID参数的规则
首先可以采用PI控制器。为了保证系统的安全,避免在首次投运时出现系统不稳定或超调量过大的异常情况,在调试开始时应设置比较保守的参数,增益不要太大,积分时间不要太小。给系统输入一个阶跃给定信号,观察系统输出量的波形。
1)如果超调量大,振荡次数多,应增大积分时间(减小积分作用),减小增益。
2)如果阶跃响应没有超调量,但是被控量上升过于缓慢,过渡过程时间太长,应按相反的方向调整上述参数。
3)如果消除误差的速度较慢,应适当减小积分时间,增强积分作用。
4)反复调节增益和积分时间,如果超调量仍然较大,可以加入微分作用,即采用PID控制。微分时间TD从0逐渐增大,反复调节3个参数,直到满足要求。
5)如果响应曲线第一次到达稳态值的上升时间较长,可以适当增大增益。如果因此使超调量增大,可以通过增大积分时间和微分作用来补偿。
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