PID控制器的參數(shù)整定及其應用學習教案

1、會計學1PID控制器的參數(shù)控制器的參數(shù)(cnsh)整定及其應用整定及其應用第一頁，共31頁。第1頁/共31頁第二頁，共31頁。TC進料出料燃料TTmTspRfu問題:如何選擇控制閥的 “氣開氣關(guān)”？如何選擇溫度(wnd)控制器的正反作用，以使閉環(huán)系統(tǒng)為負反饋系統(tǒng)？第2頁/共31頁第三頁，共31頁。第3頁/共31頁第四頁，共31頁。第4頁/共31頁第五頁，共31頁。第5頁/共31頁第六頁，共31頁。*1：當工業(yè)對象具有較大：當工業(yè)對象具有較大(jio d)的滯后時，可引入微分作用；但如果測量噪聲較大的滯后時，可引入微分作用；但如果測量噪聲較大(jio d)，則應先對測量信號進行一階或平均濾波。，

2、則應先對測量信號進行一階或平均濾波。討論：討論：選擇選擇(xunz)原則分析。原則分析。第6頁/共31頁第七頁，共31頁。第7頁/共31頁第八頁，共31頁?？刂埔?guī)律KcTiTdP0.5KcrPI0.45Kcr0.83TcrPID0.6Kcr0.5Tcr0.12Tcr第8頁/共31頁第九頁，共31頁。SimuLink仿真(fn zhn)程序參見.PIDControlPIDLoop.mdl）第9頁/共31頁第十頁，共31頁。n響應曲線法響應曲線法PID參數(shù)整定步驟：參數(shù)整定步驟：n（1）在手動狀態(tài)下，改變控制器輸出（通）在手動狀態(tài)下，改變控制器輸出（通常采用階躍常采用階躍 變化變化(binhu)）

3、，記錄被控變量），記錄被控變量的響應曲線；的響應曲線；n（2）由開環(huán)響應曲線獲得單位階躍響應曲）由開環(huán)響應曲線獲得單位階躍響應曲線，并求取線，并求取 “廣義對象廣義對象”的近似模型與模型的近似模型與模型參數(shù)；參數(shù)；n（3）根據(jù)控制器類型與對象模型，選擇）根據(jù)控制器類型與對象模型，選擇PID參數(shù)并投參數(shù)并投 入閉環(huán)運行。在運行過程中，可對入閉環(huán)運行。在運行過程中，可對增益作調(diào)整。增益作調(diào)整。第10頁/共31頁第十一頁，共31頁。tt0u(t)y(t)y0y1u0u1T0T3T1T2Tp典型(dinxng)自衡工業(yè)對象的階躍響應seTsKsusy1)()( 對象(duxing)的近似模型：對應參數(shù)

4、見左圖，而增益為：minmax01minmax01uuuuyyyyKymin, ymax為CV的測量范圍；umin, umax為MV的變化范圍，對于閥位開度通常用0100%表示。第11頁/共31頁第十二頁，共31頁?？刂埔?guī)律KCTITDPppTK1PIppTK19.03 . 3PIDppTK12.10 . 25 . 0第12頁/共31頁第十三頁，共31頁。SimuLink仿真程序參見(cnjin).PIDControl PIDLoop.mdl）假設(shè)測量范圍為200 400 ,K = 1.75, T = 10 min, = 7 min.Kc = 0.8, Ti = 14 min, Td = 3.

5、5 min.第13頁/共31頁第十四頁，共31頁。第14頁/共31頁第十五頁，共31頁。IDsIpTTTTK*41,*41%,100*41Ts 為對象開環(huán)階躍響應的過渡(gud)過程時間。n參數(shù)調(diào)整：參數(shù)調(diào)整：將上述PID控制器投入“Auto” （自動）方式，并適當改變控制回路的設(shè)定值，觀察控制系統(tǒng)跟蹤性能。若響應過慢且無超調(diào)，則適當加大KC，例如增大到原來的兩倍；反之，則減小KC值。第15頁/共31頁第十六頁，共31頁。SimuLink 仿真程序(chngx)參見 . PIDControl PIDLoop.mdl第16頁/共31頁第十七頁，共31頁。ud(t)廣義對象y(t)ysp(t)sT

6、KIC11v問題：當存在大的外部擾動時，很有可能出現(xiàn)控制閥調(diào)節(jié)能力不夠的情況，即使控制閥全開或全關(guān)，仍不能消除被控輸出問題：當存在大的外部擾動時，很有可能出現(xiàn)控制閥調(diào)節(jié)能力不夠的情況，即使控制閥全開或全關(guān)，仍不能消除被控輸出y(t)與設(shè)定值與設(shè)定值ysp(t)之間的誤差。此時，由于積分作用的存在，使調(diào)節(jié)器輸出之間的誤差。此時，由于積分作用的存在，使調(diào)節(jié)器輸出u(t)無限制地增大或減少，直至達到極限值。而當擾動恢復正常時，由于無限制地增大或減少，直至達到極限值。而當擾動恢復正常時，由于u(t)在可調(diào)范圍以外，不能馬上起調(diào)節(jié)作用；等待一定時間在可調(diào)范圍以外，不能馬上起調(diào)節(jié)作用；等待一定時間(shj

7、in)后，系統(tǒng)才能恢復正常。后，系統(tǒng)才能恢復正常。第17頁/共31頁第十八頁，共31頁。單回路PID控制系統(tǒng)（無抗積分飽和措施(cush)）(參見模型/PIDControl/PidLoopwithLimit.mdl)第18頁/共31頁第十九頁，共31頁。第19頁/共31頁第二十頁，共31頁。d(t)廣義對象y(t)ysp(t)vKCe(s)11sTI討論：正常情況討論：正常情況(qngkung)為標準的為標準的PI控制算法；而當出現(xiàn)超限時，自動切除積分作用?？刂扑惴ǎ欢敵霈F(xiàn)超限時，自動切除積分作用。第20頁/共31頁第二十一頁，共31頁。(仿真模型(mxng)參見/PIDControl/Pi

8、dLoopwithAntiInteSatur.mdl)第21頁/共31頁第二十二頁，共31頁。ysp(t)uKCe(t)y(t)11sTAsTDDD11sTIAutoMan增量型手操器+實現(xiàn)方式：實現(xiàn)方式：在在Auto （自動）狀態(tài)（自動）狀態(tài)(zhungti)，使手操器輸出等于調(diào)節(jié)器的輸出；而在，使手操器輸出等于調(diào)節(jié)器的輸出；而在Man（手動）時，使調(diào)節(jié)器輸出等于手操器的輸出；（手動）時，使調(diào)節(jié)器輸出等于手操器的輸出；第22頁/共31頁第二十三頁，共31頁。繼電器調(diào)節(jié)器對象ATSyspyD第23頁/共31頁第二十四頁，共31頁。G(s)yspyd-dh-h問題：如何分析上述非線性系統(tǒng)產(chǎn)生(c

9、hnshng)等幅振蕩的條件 ？第24頁/共31頁第二十五頁，共31頁。第25頁/共31頁第二十六頁，共31頁。一個以T為周期的函數(shù)f (t)可以(ky)展開為10sincos2)(nnntnbtnaatf2222sin)(2,cos)(2TTnTTndttntfTbdttntfTa對齊次函數(shù)(hnsh), 有1sin)(nntnbtfT220sin)(4TndttntfTb假設(shè)繼電器的幅值為d，則繼電器輸出的一次諧波為ddttdTbT4sin4201第26頁/共31頁第二十七頁，共31頁。 對于沒有(mi yu)滯環(huán)的繼電器非線性環(huán)節(jié)，假設(shè)該環(huán)節(jié)輸入的一次諧波振幅為a，則對繼電器輸入輸出的一

10、次諧波，其增益為04adN閉環(huán)繼電系統(tǒng)(xtng)臨界穩(wěn)定條件：1)(jNG對于繼電器控制器而言，其臨界增益為：,4adKcr臨界振蕩周期為 Tcr。再由臨界比例度法自動確定PID參數(shù).第27頁/共31頁第二十八頁，共31頁。具體(jt)參見 /PIDControl/PidLoopAutoTuning.mdl第28頁/共31頁第二十九頁，共31頁。第29頁/共31頁第三十頁，共31頁。對于題圖5-1（ p. 68 ）所示的加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)，假設(shè)變送器量程為200 300。試回答以下問題并說明理由：（1）燃料控制閥選用“氣開”閥還是“氣關(guān)閥”？（2）溫度控制器該選“正作用”還是“反作用”？（3）若在手動控制