PID控制器參數(shù)整定課件

PID控制器參數(shù)整定xxx浙江大學智能系統(tǒng)與控制研究所

1感謝你的欣賞2019-10-9PID（比例-積分-微分）控制器理論PID控制器工業(yè)PID控制器（如何構(gòu)造其仿真模型？）Ad

為微分增益,通常Ad=10。2感謝你的欣賞2019-10-9單回路PID控制系統(tǒng)應用問題對于某一動態(tài)特性未知的廣義被控過程，如何選擇PID控制器形式，并整定PID控制器參數(shù)?3感謝你的欣賞2019-10-9內(nèi)容PID控制器類型的選擇控制器參數(shù)整定的一般方法

流量控制回路的PID參數(shù)整定方法液位均勻控制系統(tǒng)的PID參數(shù)整定

積分飽和與防止

Summary4感謝你的欣賞2019-10-9PID控制器類型選擇*1:

對于某些具有較長時間常數(shù)的慢過程，建議引入微分作用。但若存在較大的測量噪聲，需要對測量信號進行一階濾波或平均濾波分析上述選擇原因?5感謝你的欣賞2019-10-9PID參數(shù)整定的概念6感謝你的欣賞2019-10-9基于過程特性參數(shù)K,T,τ的

離線參數(shù)整定法步驟1：將控制器從“自動”模式切換至“手動”模式（此時控制器輸出完全由人工控制），人為以階躍方式增大或減少控制器輸出，并記錄控制器相關(guān)的輸入輸出動態(tài)響應數(shù)據(jù)。步驟2：由階躍響應數(shù)據(jù)估計特性參數(shù)

K,T,τ。步驟3：按經(jīng)驗公式設(shè)定PID參數(shù)Kc、Ti、Td，并將控制器切換至“自動”模式。步驟4：根據(jù)系統(tǒng)閉環(huán)響應情況，增大或減少控制器增益Kc直至滿意為止。7感謝你的欣賞2019-10-9離線整定仿真舉例

步驟1：階躍響應測試8感謝你的欣賞2019-10-9步驟2：獲取過程參數(shù)9感謝你的欣賞2019-10-9步驟3：獲取初始PID參數(shù)

(Ziegler-Nichols

方法)注意：上述整定規(guī)則僅限于10感謝你的欣賞2019-10-9步驟3：獲取初始PID參數(shù)

(Lambda整定法)注意：上述整定規(guī)則不受τ/T取值的限制11感謝你的欣賞2019-10-9仿真舉例#1廣義對象特性參數(shù)：K=1.75T=6.5,τ=3.3min若采用PI控制器，Z-N法：Kc=1.0,Ti=11minLambda法：Kc=0.56,Ti=6.5min12感謝你的欣賞2019-10-9仿真舉例#2廣義對象特性參數(shù)：K=1.75T=6.5,τ=6.3min若采用PI控制器，Z-N法：Kc=0.53,Ti=20.8minLambda法：Kc=0.30,Ti=6.5min13感謝你的欣賞2019-10-9PID參數(shù)在線整定法步驟1：將在線閉環(huán)運行的控制器，完全去除積分作用與微分作用（Ti

=最大值，Td=0）成為純比例控制器，并設(shè)置較小的

Kc

值。步驟2：施加小幅度的設(shè)定值或擾動變化，

并觀察CV的響應曲線。步驟3：若CV的響應未達到等幅振蕩，則增大Kc（減少比例帶PB）；若CV響應為發(fā)散振蕩，則減少Kc。重復步驟2。步驟4：重復步驟3，直至產(chǎn)生等幅振蕩。14感謝你的欣賞2019-10-9在線整定仿真舉例15感謝你的欣賞2019-10-9在線整定準則：

Ziegler-Nichols法由純比例控制下的等幅振蕩曲線，獲得臨界控制器增益

Kcu與臨界振蕩周期Tu，并按下表得到正常工作下的控制器參數(shù)。16感謝你的欣賞2019-10-9在線整定仿真舉例17感謝你的欣賞2019-10-9在線整定法的局限性分析18感謝你的欣賞2019-10-9未知過程的PID參數(shù)整定舉例19感謝你的欣賞2019-10-9流量回路的動態(tài)特性動態(tài)響應的快速性純滯后時間接近零，即從理論上講控制器增益可無限大測量噪聲大為減少控制閥的頻繁波動，宜采用PI控制器，而且控制增益應小、而積分作用應大（即接近純積分控制器）（為什么？）20感謝你的欣賞2019-10-9流量回路的控制參數(shù)選擇Ti

整定原則：

Ti=0.10min或Ti=0.05minKc

整定原則：

控制增益可人工調(diào)整，但對于設(shè)定值的階躍變化，實際流量不應出現(xiàn)超調(diào)。.21感謝你的欣賞2019-10-9流量回路整定仿真舉例請比較控制器的比例增益與積分增益22感謝你的欣賞2019-10-9分析下列液位控制問題的不同點23感謝你的欣賞2019-10-9液位回路的動態(tài)特性不少液位對象為非自衡的積分過程，無法進行階躍響應測試。當進料流量變化為主要擾動時，對于液位控制回路，可能存在兩種不同的控制目標

(1)常規(guī)液位控制，也稱“緊液位控制”； (2)液位均勻控制，也稱“平均液位控制”24感謝你的欣賞2019-10-9常規(guī)液位控制控制目標是使液位與其設(shè)定值的偏差盡可能小，而對MV（如輸出流量）的波動無限制。假設(shè)該液位過程為自衡過程，則可采用階躍響應獲取K、T、τ，并可采用常規(guī)的參數(shù)整定法假設(shè)該液位過程為非自衡過程，常采用PI控制器，而且控制增益大、積分作用弱（即接近純比例控制器）（為什么？）25感謝你的欣賞2019-10-9液位均勻控制控制目標是使操作變量（如儲罐輸出流量）盡可能平緩，以減少對下游裝置的干擾，而允許貯罐液位在上下限之間波動。液位均勻控制常采用比例控制器（在實際應用中，可采用PI控制器，并選擇積分時間足夠大，以減少積分作用）。比例增益的整定原則：比例增益應盡可能小，只要液位的波動幅度不超過允許的上下限（對于可能的大幅度輸入流量干擾）。26感謝你的欣賞2019-10-9液位控制仿真舉例27感謝你的欣賞2019-10-9液位均勻控制系統(tǒng)的分析假設(shè)被控過程的動態(tài)方程為其中

A

為儲罐的截面積。假設(shè)液位變送器LT41與控制閥滿足28感謝你的欣賞2019-10-9液位均勻控制系統(tǒng)的分析（續(xù)）對于某一純比例控制器,Gc=－Kc,試分析上述模型參數(shù)對動態(tài)特性的響應29感謝你的欣賞2019-10-9純比例液位均勻控制的仿真30感謝你的欣賞2019-10-9PID控制器的積分飽和問題積分飽和問題的由來31感謝你的欣賞2019-10-9單回路PID控制器的

積分飽和現(xiàn)象討論以下現(xiàn)象：（1）控制器的積分飽和現(xiàn)象（2）控制閥全開或全關(guān)32感謝你的欣賞2019-10-9單回路控制的抗積分飽和原理原理：當控制器輸出超出正常操作范圍時，將積分作用切除。33感謝你的欣賞2019-10-9抗積分飽和仿真舉例34感謝你的欣賞2019-10-9工業(yè)單回路PID控制器PID1PID235感謝你的欣賞2019-10-9小結(jié)PID控制器類型的選擇控制器參數(shù)整定的一般方法

流量控制回路的PID參數(shù)整定方法液位均勻控制系統(tǒng)的PID參數(shù)整定

單回路控制的積分飽和現(xiàn)象及其防止

36感謝你的欣賞2019-10-9問題討論對于某一動態(tài)特性未知但開環(huán)穩(wěn)定的溫度控制系統(tǒng)如何整定PID控制器參數(shù)（離線或在線方式）？試用Simulink仿真模型，近似實現(xiàn)工業(yè)PID控制器的外部特性？對于快速的流量控制回路，請給出PID參數(shù)的整定原則，并解釋原因。對于液位均勻控制回路，它與一般的液位控制有何區(qū)別？請給出PID參數(shù)的整定原則，并解釋原因。試描述單回路控制系統(tǒng)的積分飽和現(xiàn)象，解釋其產(chǎn)生的原因，并給出相應的防積分飽和方案。37感謝你的欣賞2019-10-9習題3-1打開附件壓縮文件中ProcessModel.mdl文件，通過階躍測試方法獲取廣義一階加純滯后被控對象的模型參數(shù)，分別通過ZN法和lambda法整定PID參數(shù)。38感謝你的欣賞2019-10-9習題3-2打開附件壓縮文件中AverageLevelLoop.mdl文件，通過調(diào)整控制器增益Kc大小，觀察液位Level變量和輸出流量Fo的波動變化情況，并回答以下問題：(1)改變Kc能夠改變Fo的波動范圍么？為什么說均勻控制能夠減少Fi的變化對Fo的影響？(注意仿真里加入的Fi的干擾是正弦信號)。(2)假設(shè)液位允許變化的范圍是45~55,為了充分利用液位的緩沖能力，減少Fi對