變頻器常見故障分析及PID調節(jié)課程課件

1、變頻器的PID調節(jié)PID是比例,積分,微分的縮寫比例調節(jié)作用：.比例調節(jié)作用：是按比例反應系統(tǒng)的偏差,系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差,比例調節(jié)立即產生調節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大,可以加快調節(jié),減少誤差,但是過大的比例,使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降,甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分調節(jié)作用：積分調節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差,提高無差度。因為有誤差,積分調節(jié)就進行,直至無差,積分調節(jié)停止,積分調節(jié)輸出一常值。積分作用的強弱取決與積分時間常數Ti,Ti越小,積分作用就越強。反之Ti大則積分作用弱,加入積分調節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,動態(tài)響應變慢。積分作用常與另兩種調節(jié)規(guī)律結合,組成PI調節(jié)器或PID調節(jié)器。微分調節(jié)作用：微

2、分調節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率,具有預見性,能預見偏差變化的趨勢,因此能產生超前的控制作用,在偏差還沒有形成之前,已被微分調節(jié)作用消除。因此,可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時間選擇合適情況下,可以減少超調,減少調節(jié)時間。微分作用對噪聲干擾有放大作用,因此過強的加微分調節(jié),對系統(tǒng)抗干擾不利。此外,微分反應的是變化率,而當輸入沒有變化時,微分作用輸出為零。微分作用不能單獨使用,需要與另外兩種調節(jié)規(guī)律相結合,組成PD或PID控制器。 PID調節(jié)口訣 1. PID常用口訣: 參數整定找最佳，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

3、例度盤往小扳，曲線偏離回復慢，積分時間往下降，曲線波動周期長，積分時間再加長，曲線振蕩頻率快，先把微分降下來，動差大來波動慢，微分時間應加長，理想曲線兩個波，前高后低4比1， 一看二調多分析，調節(jié)質量不會低 2.常用的 PID 參數整定方法a)確定控制器參數 數字PID 控制器控制參數的選擇，可按連續(xù)-時間PID 參數整定方法進行。在選擇數字 PID 參數之前，首先應該確定控制器結構。對允許有靜差（或穩(wěn)態(tài)誤差）的系統(tǒng)，可以適當選擇 P 或 PD 控制器，使穩(wěn)態(tài)誤差在允許的范圍內。對必須消除穩(wěn)態(tài)誤差的系統(tǒng)，應選擇包含積分控制的PI或PID 控制器。一般來說，PI、PID 和 P控制器應用較多。對

4、于有滯后的對象,往往都加入微分控制。b)選擇參數 控制器結構確定后，即可開始選擇參數。參數的選擇，要根據受控對象的具體特性和對控制系統(tǒng)的性能要求進行。工程上，一般要求整個閉環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)定的，對給定量的變化能迅速響應并平滑跟蹤，超調量?。辉诓煌蓴_作用下，能保證被控量在給定值；當環(huán)境參數發(fā)生變化時，整個系統(tǒng)能保持穩(wěn)定，等等。這些要求，對控制系統(tǒng)自身性能來說，有些是矛盾的。我們必須滿足主要的方面的要求，兼顧其他方面，適當地折衷處理。 PID 控制器的參數整定，可以不依賴于受控對象的數學模型。工程上，PID控制器的參數常常是通過實驗來確定，通過試湊，或者通過實驗經驗公式來確定。常用的方法： 一、實驗湊

5、試法: 實驗湊試法是通過閉環(huán)運行或模擬，觀察系統(tǒng)的響應曲線，然后根據各參數對系統(tǒng)的影響，反復湊試參數，直至出現(xiàn)滿意的響應，從而確定 PID控制參數。整定步驟: 實驗湊試法的整定步驟為先比例，再積分，最后微分。 （1）整定比例控制 將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應，直至得到反應快、超調小的響應曲線。 （2）整定積分環(huán)節(jié) 若在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求，需加入積分控制。 先將步驟（1）中選擇的比例系數減小為原來的 5080，再將積分時間置一個較大值，觀測響應曲線。然后減小積分時間，加大積分作用，并相應調整比例系數，反復試湊至得到較滿意的響應，確定比例和積分的參數。 二、實驗經驗法 實驗經

6、驗法調整 PID 參數的方法中較常用的是擴充臨界比例度法,其最大的優(yōu)點是，參數的整定不依賴受控對象的數學模型，直接在現(xiàn)場整定、簡單易行。擴充比例度法適用于有自平衡特性的受控對象，是對連續(xù)-時間 PID 控制器參數整定的臨界比例度法的擴充。擴充比例度法整定數字PID 控制器參數的步驟是： （1）預選擇一個足夠短的采樣周期TS。一般說 TS應小于受控對象純延遲時間的十分之一。 （2）用選定的 TS 使系統(tǒng)工作。這時去掉積分作用和微分作用，將控制選擇為純比例控制器，構成閉環(huán)運行。逐漸減小比例度，即加大比例放大系數 KP，直至系統(tǒng)對輸入的階躍信號的響應出現(xiàn)臨界振蕩（穩(wěn)定邊緣），將這時的比例放大系數記為

7、Kr,臨界振蕩周期記為 Tr。（3）選擇控制度?？刂贫龋褪且赃B續(xù)-時間PID控制器為基準，將數字PID 控制效果與之相比較。通常采用誤差平方積分作為控制效果的評價函數。定義控制度：采樣周期TS的長短會影響采樣-數據控制系統(tǒng)的品質，同樣是最佳整定，采樣-數據控制系統(tǒng)的控制品質要低于連續(xù)-時間控制系統(tǒng)。因而，控制度總是大于 1 的，而且控制度越大，相應的采樣-數據控制系統(tǒng)的品質越差?？刂贫鹊倪x擇要從所設計的系統(tǒng)的控制品質要求出發(fā)。 （4） 查表確定參數。根據所選擇的控制度，查表，得出數字PID中相應的參數TS,KP,TI和TD。 （5）運行與修正。將求得的各參數值加入PID 控制器,閉環(huán)運行,觀

8、察控制效果,并作適當的調整以獲得比較滿意的效果。 現(xiàn)在pid的整定方法基本上就是經驗法，不過現(xiàn)在有很多論文等什么的都用自適應整定的方法，不過都沒有實際波形，都是仿真出來，可信性不高，其實，一般的pid控制器只用到PI很少用D的，現(xiàn)場還是試湊法比較簡單，用的也較多。就兩個參數。 附：PID控制器參數的工程整定各種調節(jié)系統(tǒng)中P.I.D參數經驗數據以下可參照：溫度T: P=2060%,I=180600s,D=3-180s壓力P: P=3070%,I=24180s, 液位L: P=2080%,I=60300s, 流量L: P=40100%,I=660s。 PID控制的原理和特點 在工程實際中，應用最為

9、廣泛的調節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱 PID調節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數必須依靠經驗和現(xiàn)場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數時，最適合用PID控制技術。 PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 比例（P）控制

10、 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。 積分（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。 為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入積分項。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零

11、。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化超前，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入比例項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是微分項，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的

12、控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調節(jié)過程中的動態(tài)特性。 PID的算法PID 是比例，積分，微分的縮寫，P-改變P可提高響應速度，減小靜態(tài)誤差，但太大會增大超調量和穩(wěn)定時間。 I-與P的作用基本相似，但要使靜態(tài)誤差為0，必須使用積分。 D-與P,I的作用相反，主要是為了減小超調，減小穩(wěn)定時間。 三個參數要綜合考慮，一般先將I,D 設為0，調好 P,達到基本的響應速度和誤差，再加上 I,使誤差為0，這時再加入D,三個參數要反復調試，最終達到較好的結果。不同的控制對象，調試的難度相差很大。變頻器的PID功能

13、在恒壓供水中的應用恒壓供水的目的：對供水系統(tǒng)進行的控制是為了滿足對流量的需求，所以流量是供水系統(tǒng)的基本控制對象。供水流量的大小取決于揚程，但是實際的揚程不能進行具體的測量和控制?？紤]到在動態(tài)的情況下，管道中水壓的大小于供水能力和用水需求之間的平衡情況，如供水能力Qc用水需求Qu，則壓力上升（p）；如供水能力Qc用水需求Qu，則壓力下降（p）；如供水能力Qc用水需求Qu，則壓力不變（pconst）。就是說保持供水系統(tǒng)中某處的壓力出于平衡狀態(tài)，正好滿足用水流量，這就是恒壓供水所需要達到的目的。二、恒壓供水的PID控制變頻器有兩個模擬量控制信號的輸入端：目標信號輸入端，即給定端。當PID功能有效模擬

14、量輸入端自動成為目標信號的輸入端。目標信號是一個與壓力的控制目標相對應的值，顯示屏幕上的通常以百分數表示反饋信號輸入端，即輔助給定端。當PID功能有效時模擬量輸入2自動成為反饋信號。接受從壓力變送器反饋回來信號。反饋信號的表示也是通過百分比表示，這時無論是輸出量還是反饋量以及設定量都是頻率值而是互相成比例關系的給定百分比。目標信號的確定，目標信號的大小除了和所要求壓力的控制目標有關外，還和壓力變送器的SP量程有關。如要求流量控制在0。6MP時，壓力變送器的滿量程是1MP這是變頻器的最大輸出頻率定義在100hz，則在變頻器上給定的量就要定義成60hz在系統(tǒng)的工作過程中水流量的變化情況在PID控制

15、的結果下變化很小，所以水流量的變化是PID的調節(jié)量pid，pid只是在壓力反饋量與目標值XT之間有偏差時才出現(xiàn)。三、系統(tǒng)運行中的三個狀態(tài)穩(wěn)態(tài)運行：水泵裝置的供水能力與用戶用水需求處于平衡狀態(tài)，供水壓力p穩(wěn)定而無變化，反饋信號于目標信號近乎相等，PID的調節(jié)量為0。此時變頻器控制的電機處在fx下勻速運行。用水流量增大：當用戶的用水流量增大，超過了供水力時，供水壓了p有所下降，反饋信號減小，合成信號（目標值反饋值）增大，PID產生正的調節(jié)量，變頻器的輸出頻率合電機的轉速上升，使供水能力增大，壓力恢復。用水流量減?。寒斢脩舻挠盟髁繙p小時，供水能力小于用水需求，則供水壓力上升，反饋信號增大，合成信號則減小，PID產生負的調節(jié)量，結果是變頻器的輸出頻率合電機的轉速下降，使供水能力下降，壓力有開始恢復當壓力大小重恢復到目標值時，供水能力與用水需求重又去的新的平衡，系統(tǒng)又恢復到穩(wěn)態(tài)運行。二、過壓（OU）過電壓報警一般是出現(xiàn)在停機的時候，其主要原因是減速時間太短或制動電阻及制動單元有問題。(1)實例一臺臺安N2系列3.7kW變頻器在停機時跳“OU