溫控PID參數(shù)調(diào)節(jié)過程

1、本文引自O(shè)URAVR論壇，對(duì)于學(xué)習(xí)PID參數(shù)的整定，個(gè)人覺得有很好的學(xué)習(xí)價(jià)值：對(duì)于溫度控制系統(tǒng)參數(shù)的整定過程及方法，搜索了很多論壇，大家都只提到PID數(shù)學(xué)原型，很少看到有實(shí)驗(yàn)過程及Kp,Ki,Kd參數(shù)的整定過程及方法，這2天閑著沒事，來做個(gè)溫度控制實(shí)驗(yàn)，并將一些實(shí)驗(yàn)過程寫上來，我也是正在摸索階段，希望大家踴躍發(fā)言喲，各位有好的建議盡管提出來，然后我來實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理上來，希望對(duì)于以后想做溫度控制的朋友有所幫助硬件： 1。用可控硅控制200W加熱絲，對(duì)一鐵塊加熱，用K型熱電偶采集溫度，采用MAX6675做溫度轉(zhuǎn)換，可以到0。25度的精度，并且外圍很簡單，很容易與CPU對(duì)接，采用SPI通信，讀

2、取當(dāng)前的溫度值 2。過零檢測電路，將交流信號(hào)全波整流后得到的波形去控制NPN管，將信號(hào)整形后接到CPU外部中斷腳，為系統(tǒng)提供基準(zhǔn)時(shí)間，所以CPU中斷的頻率是100HZ 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)： 在100度到200度內(nèi)可對(duì)任意設(shè)定的溫度恒溫，精度先做到+/-1度吧 基本的控制實(shí)現(xiàn)方法： 因?yàn)槭菍?duì)加熱的鐵塊溫度進(jìn)行控制，屬于滯后效應(yīng)系統(tǒng)，所以采樣周期先定為5秒（這里指的是PID計(jì)算的周期，注意我的溫度采樣是時(shí)時(shí)的），所以CPU外部中斷次數(shù)為500次，對(duì)應(yīng)的PID計(jì)算結(jié)果輸出為0500，就是說把這5秒鐘劃分為500等份，根據(jù)計(jì)算的結(jié)果來決定在這5秒鐘內(nèi)應(yīng)該加熱多少等份 軟件： 采用PID控制方法，我先采用位置式輸

3、出方式，公式原型：u(t) = kp * e(t) + ki * e(1) + e(2) + .+ e(t) + kd * e(t) - e(t-1)，這里先做基本的PID算法，達(dá)到控制目標(biāo)后再來優(yōu)化算法提高恒溫精度，考慮到實(shí)驗(yàn)溫度過高實(shí)驗(yàn)時(shí)間會(huì)過長，所以我先定目標(biāo)控制溫度為110度，等控制好了再看其他溫度會(huì)達(dá)到多少精度，為了提高加熱速度提前20度開始PID控溫 下面是調(diào)節(jié)參數(shù)的過程及數(shù)據(jù)： 參照網(wǎng)上一些方

4、法，先確定Kp，即令Ki，Kd=0，只用比例調(diào)節(jié)，得到一個(gè)穩(wěn)定的越接近控制目標(biāo)的震蕩參數(shù)，然后根據(jù)這個(gè)Kp和震蕩周期來計(jì)算Ti，Td，第1次：Kp=2.5，測試數(shù)據(jù)如下見圖片：Y坐標(biāo)為溫度值，放大了10倍，X坐標(biāo)為時(shí)間每5秒一個(gè)點(diǎn)， 1第2次：Kp=5 1第3次：Kp=8。5，這次的測試時(shí)間比較長，因?yàn)楸容^接近穩(wěn)定震蕩了，圖片如下： 1 第4次：Kp=9，從圖片已經(jīng)基本穩(wěn)定，下次再測試一下9.3這個(gè)值 1第5次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，Kp=9.3，從圖上分析，震蕩幅度稍比9的大點(diǎn)，但是上下幅度比較均勻，所以先確定Kp為99.3之間 1現(xiàn)在整理了一下Kp=9和Kp=9.3的震蕩周期，圖片分析如下 1從數(shù)據(jù)看震

5、蕩周期基本都是4843個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)是5秒，所以震蕩周期為225秒 接下來根據(jù)下面典型參數(shù)計(jì)算表： Ziegler-Nichols參數(shù)  控制器                Kp                Ti    

6、0;           Td  P                0.50*Kc                /   

7、0;            /  PD                0.65*Kc                /  

8、0;             0.12*Pc  PI                0.45*Kc                0.85*

9、Pc                /  PID                0.65*Kc              

10、0; 0.5*Pc                0.12*Pc  我先做PD實(shí)驗(yàn)： 根據(jù)臨界增益KC=9.2 震蕩周期Pc=225秒，計(jì)算出Kp=5.98，Td=27秒，公式Kd=Kp*Td/T=5.98*27/5=32.392驗(yàn)結(jié)果出來了，見下圖 1從圖片數(shù)據(jù)分析最終穩(wěn)定溫度為：109度，上下波動(dòng)為0。5度，而我的設(shè)定目標(biāo)溫度為110，說明這里引入了2度的穩(wěn)太誤差 需要加入積分調(diào)節(jié)器才能消除這個(gè)穩(wěn)態(tài)誤差 計(jì)算Ti=112.5秒，根據(jù)公式：Ki=K