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1、PID控制器的参数整定(1)PID是比例,积分,微分的缩写.比例调节作用:是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。积分调节作用:是使系统消除稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。反之Ti大,则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用常与
2、另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。微分调节作用:微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。(2)PID具体调节方
3、法①方法一确定控制器参数数字PID控制器控制参数的选择,可按连续-时间PID参数整定方法进行。 在选择数字PID参数之前,首先应该确定控制器结构。对允许有静差(或稳态误差)的系统,可以适当选择P或PD控制器,使稳态误差在允许的范围内。对必须消除稳态误差的系统,应选择包含积分控制的PI或PID控制器。一般来说,PI、PID和P控制器应用较多。对于有滞后的对象,往往都加入微分控制。选择参数 控制器结构确定后,即可开始选择参数。参数的选择,要根据受控对象的具体特性和对控制系统的性能要求进行。工程上,一般要求整个闭环系统
4、是稳定的,对给定量的变化能迅速响应并平滑跟踪,超调量小;在不同干扰作用下,能保证被控量在给定值;当环境参数发生变化时,整个系统能保持稳定,等等。这些要求,对控制系统自身性能来说,有些是矛盾的。我们必须满足主要的方面的要求,兼顾其他方面,适当地折衷处理。PID控制器的参数整定,可以不依赖于受控对象的数学模型。工程上,PID控制器的参数常常是通过实验来确定,通过试凑,或者通过实验经验公式来确定。常用的方法,采样周期选择, 实验凑试法实验凑试法是通过闭环运行或模拟,观察系统的响应曲线,然后根据各参数对系统的影响,反复凑
5、试参数,直至出现满意的响应,从而确定PID控制参数。 整定步骤 实验凑试法的整定步骤为"先比例,再积分,最后微分"。 (1)整定比例控制 将比例控制作用由小变到大,观察各次响应,直至得到反应快、超调小的响应曲线。(2)整定积分环节 若在比例控制下稳态误差不能满足要求,需加入积分控制。 先将步骤(1)中选择的比例系数减小为原来的50~80%,再将积分时间置一个较大值,观测响应曲线。然后减小积分时间,加大积分作用,并相应调整比例系数,反复试凑至得到较满意的响应,确定比例和积分的参数。 (3)整定微分环节 若经过步骤(
6、2),PI控制只能消除稳态误差,而动态过程不能令人满意,则应加入微分控制,构成PID控制。 先置微分时间TD=0,逐渐加大TD,同时相应地改变比例系数和积分时间,反复试凑至获得满意的控制效果和PID控制参数。 实验经验法 扩充临界比例度法 实验经验法调整PID参数的方法中较常用的是扩充临界比例度法,其最大的优点是,参数的整定不依赖受控对象的数学模型,直接在现场整定、简单易行。 扩充比例度法适用于有自平衡特性的受控对象,是对连续-时间PID控制器参数整定的临界比例度法的扩充。 整定步骤 扩充比例度法整定数字PID控
7、制器参数的步骤是: (1)预选择一个足够短的采样周期TS。一般说TS应小于受控对象纯延迟时间的十分之一。 (2)用选定的TS使系统工作。这时去掉积分作用和微分作用,将控制选择为纯比例控制器,构成闭环运行。逐渐减小比例度,即加大比例放大系数KP,直至系统对输入的阶跃信号的响应出现临界振荡(稳定边缘),将这时的比例放大系数记为Kr,临界振荡周期记为Tr。 (3)选择控制度。 控制度,就是以连续-时间PID控制器为基准,将数字PID控制效果与之相比较。 通常采用误差平方积分 作为控制效果的评价函数。 定义控制度 采样周
8、期TS的长短会影响采样-数据控制系统的品质,同样是最佳整定,采样-数据控制系统的控制品质要低于连续-时间控制系统。因而,控制度总是大于1的,而且控制度越大,相应的采样-数据控制系统的品质越差。控制度的选择要从所设计的系统的控制品质要求出发。 (4)查表确定参数。根据所选择的控制度,查表3一2,得出数字PID中相应的参数TS,KP,TI和TD。 (5)运行与修正。将求得的各