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如何設置pid參數

確定控制器參數

數字PID控制器的控制參數可以根據連續時間PID參數整定方法來選擇。

在選擇數字PID參數之前,應首先確定控制器結構。對於允許靜態誤差(或穩態誤差)的系統,可以適當選擇P或PD控制器,使穩態誤差在允許範圍內。對於必須消除穩態誤差的系統,應選擇帶積分控制的PI或PID控制器。壹般來說,PI、PID、P控制器應用廣泛。對於有時間延遲的對象,常加入微分控制。

選擇參數

控制器結構確定後,可以選擇參數。參數的選擇應基於被控對象的具體特性和控制系統的性能要求。在工程中,壹般要求整個閉環系統是穩定的,能對給定的變化作出快速響應和平滑跟蹤,並且超調量小;在不同幹擾下,被控量能保證在給定值;當環境參數變化時,整個系統能保持穩定,等等。這些要求中的壹些與控制系統本身的性能相矛盾。必須滿足主要方面的要求,兼顧其他方面,適當妥協。這裏有壹個經驗方法。這種方法本質上是壹種試錯法,是在生產實踐中總結出來的壹種行之有效的方法,在現場得到了廣泛的應用。

這種方法的基本程序是根據運行經驗確定壹組調節器參數,將系統投入閉環運行,然後人為加入階躍擾動(如改變調節器給定值),觀察被調節量或調節器輸出的階躍響應曲線。如果控制質量不令人滿意,則根據每個設置參數對控制過程的影響來改變調節器參數。重復這個實驗,直到妳滿意為止。

經驗方法簡單可靠,但需要壹定的現場操作經驗,時機選擇容易主觀片面。使用PID調節器時,整定參數較多,試錯次數增多,很難得到最佳的整定參數。

下面以PID調節器為例,詳細介紹經驗法的設定步驟:

(1)設調節器參數積分系數S0=0,實際微分系數k=0,控制系統將投入閉環運行,比例系數S1由小變大,使擾動信號發生階躍變化,觀察控制過程,直至得到滿意的控制過程。

⑵將比例系數S1作為當前值乘以0.83,將積分系數S0由小變大,也使擾動信號發生階躍變化,直到得到滿意的控制過程。

(3)保持積分系數S0不變,改變比例系數S1,觀察控制過程是否改善。如果有所改善,繼續調整,直到滿意為止。否則,增加原比例系數S1,然後調整積分系數S0,改善控制過程。重復這種反復試驗,直到找到滿意的比例系數S1和積分系數S0。

⑷通過引入適當的實際微分系數k和實際微分時間TD,可以適當增加比例系數S1和積分系數S0。和前面的步驟壹樣,需要反復調整微分時間的設置,直到控制過程令人滿意。

註:仿真系統使用的PID調節器不同於傳統的工業PID調節器,參數之間相互隔離,互不影響,用它觀察調節規律非常方便。

PID參數根據被控對象的慣性來確定。慣性大,比如大烘房的溫度控制,壹般P可以在10以上,I = 3-10,D = 1。小慣性,如小電機帶

壹臺水泵進行閉環壓力控制,壹般只用PI控制。P = 1-10,I = 0.1-1,D = 0,應在現場調試時修正。

我提供壹個增量PID給妳參考。

△U(k)= Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2)

A=Kp(1+T/Ti+Td/T)

B=Kp(1+2Td/T)

C=KpTd/T

t采樣周期Td微分時間ti積分時間

妳可以用上面的算法構造自己的PID算法。

U(K)=U(K-1)+△U(K)

PID控制器的參數整定可以獨立於被控對象的數學模型。在工程中,PID控制器的參數往往是通過實驗、試湊法或實驗經驗公式來確定的。

常用方法,采樣周期選擇,

實驗試錯法

實驗試湊法是通過閉環運行或仿真觀察系統的響應曲線,然後根據各個參數對系統的影響反復試湊參數,直到出現滿意的響應,從而確定PID控制參數。

設置步驟

實驗試湊法的設定步驟是“先比例,後積分,最後微分”。

(1)設置比例控制

將比例控制函數由小變大,觀察每次響應,直到得到壹條響應快、超調小的響應曲線。

(2)整體鏈接

如果在比例控制下穩態誤差不能滿足要求,則應增加積分控制。

先將步驟(1)中選擇的比例系數降低到原始值的50 ~ 80%,然後將積分時間設置為較大的值,觀察響應曲線。然後減少積分時間,增加積分效果,並相應調整比例系數,反復嘗試得到滿意的響應,確定比例和積分的參數。

(3)設置差動環節

如果在步驟(2)之後,PI控制只能消除穩態誤差,而動態過程不盡如人意,那麽就要加入微分控制,形成PID控制。

先設定微分時間TD=0,逐漸增加TD,並相應改變比例系數和積分時間,反復嘗試,直到獲得滿意的控制效果和PID控制參數。

實驗經驗法

擴展臨界比例帶法

擴展臨界比例帶法是調整PID參數常用的實驗經驗法。其最大的優點是參數整定不依賴於被控對象的數學模型,簡單易行,現場直接整定。

擴展比例帶法適用於具有自平衡特性的被控對象,是連續時間PID控制器參數整定的臨界比例帶法的擴展。

設置步驟

用擴展比例帶法整定數字PID控制器參數的步驟如下:

(1)預選壹個足夠短的采樣周期TS。壹般來說,TS應該小於被控對象純延遲時間的十分之壹。

(2)使用選擇的TS使系統工作。此時去掉積分函數和微分函數,選擇控制為純比例控制器,形成閉環運行。逐漸減小比例帶,即增大比例放大系數KP,直到系統響應輸入階躍信號出現臨界振蕩(穩定沿),然後將比例放大系數記為Kr,臨界振蕩周期記為Tr。

(3)選擇控制程度。

控制程度是比較數字PID控制器和連續時間PID控制器的控制效果。

通常使用誤差平方積分。

作為控制效果的評價函數。

定義控制的程度

(3-25)

采樣周期TS的長度將影響采樣數據控制系統的質量,這也是最佳設置。采樣數據控制系統的控制品質低於連續時間控制系統。因此,控制度總是大於1,控制度越大,相應的采樣-數據控制系統的質量越差。控制度的選擇應從所設計系統的控制品質要求出發。

(4)查表確定參數。根據選定的控制程度,查表3-2,得到數字PID中相應的參數TS,KP,TI,TD。

(5)操作與修正。將得到的參數加入到PID控制器中,閉環運行,觀察控制效果,進行適當的調整,得到滿意的結果。

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