使用FB41进行PID调整的说明
目前,工业自动化水平已经成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时,控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段 。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制
系统可分为开环控制系统和闭环控制系统 。一个控制系统包括控制器,传感器,变送器,执行机构,输入输出接口。控制器的输出经过输出接口,执行机构 ,加到被控系统上,
控制系统的被控量 ,经过传感器,变送器,通过输入接口送到控制器。不同的控制系统 ,其传感器,变送器,执行机构是不一样的 。比如压力控制系统要采用压力传感器 。电加热控制系统的传感器是温度传感器 。目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器(仪表)已经很多 ,产品已在工程实际中得到了广泛的应用 ,有各种各样的PID控制器产品 各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器 (Intelligent regulator),其中PID控制器参数自动调整是通过智能化调整或自校正 ,自适应算法来实现 。有利用PID控制实现的压力 、温度、流量、液位控制器,能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)还有可实现PID控制的PC系统等等。可编程控制器 (PLC)是利用其闭环控制模块来实现PID控制,而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连,如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID 控制功能的控制器 ,如Rockwell的Logix产品系列,他可以直接与ControlNet相连,利用网络来实现其远程控制功能。

  1. 开环控制系统
    开环控制系统是指被控对象的输出 (被控制量 )对控制器的输出没有影响。在这种控制系统中,不依赖将被控量反送回来以任何闭环回路。
  2. 闭环控制系统
    闭环控制系统的特点是系统被控对象的输出 (被控制量 )会反送回来影响控制器的输出,形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈,若反馈信号与系统给定值信号相反,则称为负反馈,若极性相同,则称为正反馈,一般闭环控制系统均采用负反馈,又称负反馈控制系统。闭环控制系统例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统 ,眼睛便是传感器,充当反馈,人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛,就没有了反馈回路,也就成了一个开环控系统。另例,当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否干净,并在洗净之后能自动切断电源,它就是一个闭环控制系统 。
  3. 阶跃响应
    阶跃响应是指将一个阶跃输入加到系统上时,系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后,系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳,准,快三个字来描述。稳是指系统的稳定性,一个系统要能正常工作 ,首先必须是稳定的,从阶跃响应上看应该是收敛的;准是指控制系统的准确性,控制精度通常用稳态误差来描述,它表示系统输出稳态值与期望值之差;快是指系统响应的快速性,通常用上升时间来定量描述。
  4. PID控制的原理和特点
    在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例积分,微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器问世至今已有70年历史,他以及结构简单,稳定性好,工作可靠,调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,获得不到精准的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便 ,即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。PID控制,实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的 。
    比例(P)控制
    比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。
    积分(I)控制
    在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是由稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(PI)控制器,它可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
    微分(D)控制
    在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(既误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现震荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)会有滞后组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是是抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零,这就是说,在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值 ,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零 ,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
  5. PID控制器的参数整定
    PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类,一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛应用。PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式 对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下:(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作;(2)仅加入比例控制环节,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡,记下这时的比例放大系数和临界振荡周期;(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
    PID参数的设定:是靠经验及工艺的熟悉,参考测量值跟踪与设定值曲线,从而调整PID的大小。
    PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中PID参数经验数据以下可参照:
    温度T:P=20~60%,T=180~600s,D=3~180秒s
    压力P:P=30~70%,T=24~180s,
    液位L:P=20~80%,T=60~300s,
    流量L:P=40~100%,T=6~60s
    书上常用的口诀
    参数整定找最佳,从小到大顺序查
    先是比例后积分,最后再把微分加
    曲线振荡很频繁,比例度盘要放大
    曲线漂浮绕大湾,比例度盘王小扳
    曲线偏离回复慢,积分时间往下降
    曲线波动周期长,积分时间再加长
    曲线振荡频率快,先把微分降下来
    动差大来波动慢,微分时间应加长
    理想曲线两个波,前后高低四比一
    一看二调多分析,调节质量不会低
    这里介绍一种经验法,这种方法实质上是一种试凑法,它是在生产实践中总结出来的行之有效的方法,并在现场中得到了广泛的应用。
    这种方法的基本程序是先根据运行经验,确定一组调节器参数,并将系统投入闭环运行,然后人为的加入阶跃扰动(如改变调节器的给定值),观察被调量或调节器输出的阶跃响应曲线。若认为控制质量不满意,则根据各整定参数对控制过程的影响改变调节器参数。这样反复实验,直到满意为止。
    经验法简单可靠,但需要有一定现场运行经验,整定时易带有主观片面性,当采用PID调节器时,有多个整定参数,反复试错的次数增多,不易得到最佳整定参数。
    下面以PID调节器为例,具体说明经验法的整定步骤
    1 让调节器参数积分系数 S0=0,实际微分系数k=0,控制系统投入闭环运行,由小到大改变比例系数S1,让扰动信号作阶跃变化,观察控制过程,直到获得满意的控制过程为止。
    2 取比例系数S1为当前的值乘以0.83,由小到大增加积分系数S0,同样让扰动信号做阶跃变化,直至求得满意的控制过程。
    3 积分系数S0保持不变,改变比例系数S1,观察控制过程有无改善,如有改善则继续调整,直到满意为止.否则,将原比例系数S1增大一些,在调整积分系数S0,力求改善控制过程.如此反复试凑,直到找到满意的比例系数S1和积分系数S0为止。
    4 引入适当的实际微分系数k和实际微分时间TD,此时可适当增大比例系数S1和积分系数S0.和钱数步骤相同,微分时间的整定也需要反复调整,直到控制过程满意为止。
最后修改:2021 年 04 月 25 日 10 : 16 PM
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