Tag: pid控制

最简单有效的PID调节方法

控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为

的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,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。

PID控制算法精华总结

但并不是必须同时具备这三种算法,也可以是PD,PI,甚至只有P算法控制。我以前对于回来,再与目标相减,为正的话,就减速,为负的话就加速。现在知道这只是最简单的闭环控制算法。

比例,反应系统的基本(当前)偏差e(t),系数大,可以加快调节,减小误差,但过大的比例使系统稳定性下降,甚至造成系统不稳定;

积分,反应系统的累计偏差,使系统消除稳态误差,提高无差度,因为有误差,积分调节就进行,直至无误差;

微分,反映系统偏差信号的变化率e(t)-e(t-1),具有预见性,能预见偏差变化的趋势,产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除,因此可以改善系统的动态性能。但是微分对噪声干扰有放大作用,加强微分对系统抗干扰不利。 积分和微分都不能单独起作用,必须与比例控制配合。

(1)、比例控制规律P:采用P控制规律能较快地克服扰动的影响,它的作用于输出值较快,但不能很好稳定在一个理想的数值,不良的结果是虽较能有效的克服扰动的影响,但有余差出现。它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合。如:金彪公用工程部下设的水泵房冷、热水池水位控制;油泵房中间油罐油位控制等。

(2)、比例积分控制规律(PI):在工程中比例积分控制规律是应用最广泛的一种控制规律。积分能在比例的基础上消除余差,它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合。如:在主线号枪的重油流量控制系统;油泵房供油管流量控制系统;退火窑各区温度调节系统等。

(3)、比例微分控制规律(PD):微分具有超前作用,对于具有容量滞后的控制通道,引入微分参与控制,在微分项设置得当的情况下,对于提高系统的动态性能指标,有着显著效果。因此,对于控制通道的时间常数或容量滞后较大的场合,为了提高系统的稳定性,减小动态偏差等可选用比例微分控制规律。如:加热型温度控制、成分控制。需要说明一点,对于那些纯滞后较大的区域里,微分项是无能为力,而在测量信号有噪声或周期性振动的系统,则也不宜采用微分控制。如:大窑玻璃液位的控制。

(4)、例积分微分控制规律(PID):PID控制规律是一种较理想的控制规律,它在比例的基础上引入积分,可以消除余差,再加入微分作用,又能提高系统的稳定性。它适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求较高的场合。如温度控制、成分控制等。

鉴于D规律的作用,我们还必须了解时间滞后的概念,时间滞后包括容量滞后与纯滞后。其中容量滞后通常又包括:测量滞后和传送滞后。测量滞后是检测元件在检测时需要建立一种平衡,如热电偶、热电阻、压力等响应较慢产生的一种滞后。而传送滞后则是在传感器、变送器、执行机构等设备产生的一种控制滞后。纯滞后是相对与测量滞后的,在工业上,大多的纯滞后是由于物料传输所致,如:大窑玻璃液位,在投料机动作到核子液位仪检测需要很长的一段时间。

总之,控制规律的选用要根据过程特性和工艺要求来选取,决不是说PID控制规律在任何情况下都具有较好的控制性能,不分场合都采用是不明智的。如果这样做,只会给其它工作增加复杂性,并给参数整定带来困难。当采用PID控制器还达不到工艺要求,则需要考虑其它的控制方案。如串级控制、前馈控制、大滞后控制等。

Kp,Ti,Td三个参数的设定是PID控制算法的关键问题。一般说来编程时只能设定他们的大概数值,并在系统运行时通过反复调试来确定最佳值。因此调试阶段程序须得能随时修改和记忆这三个参数。

在某些应用场合,比如通用仪表行业,系统的工作对象是不确定的,不同的对象就得采用不同的参数值,没法为用户设定参数,就引入参数自整定的概念。实质就是在首次使用时,通过N次测量为新的工作对象寻找一套参数,并记忆下来作为以后工作的依据。

PID回路控制的原理与调试

能够进行PID控制,其CPU最多可支持8个PID控制回路。PID是闭环控制系统中比例-积分-控制算法,它可以看作是这三项之和,根据设定值与被控对象实际值的差值,按PID方式计算出控制输出量,使反馈跟随设定值变化,因此PID控制是闭环控制。其中比例项是增益(Kc)与偏差的乘积,积分项与偏差的和成正比,而微分项与偏差的变化成正比。

PID控制功能是通过PID指令功能块实现的。在S7-200中,PID回路指令运用回路表中的输入信息和组态信息,进行PID运算,交换数据,编程极其简便,该指令影响特殊存储器标志位SM1.1 (溢出)。只有在逻辑堆栈栈顶值为1时,才能进行PID运算。本指令有两个操作数:TBL和LOOP(如下图所示)。其中TBL 是回路表的起始地址,操作数限用VB区,数据类型是BYTE型;LOOP 是回路号可以是 0 到 7 的整数,因此在程序中最多可以用 8 条PID 指令。如果有两个或两个以上的 PID 指令用了同一个回路号,即使这些指令的回路表不同,那么这些 PID 运算之间也会产生不可预料的结果。在直接使用PID 指令功能块之前,必须把增益(Kc)、采样时间(Ts)、积分时间(Ti)、微分时间(Td)等等这些实数全部转换成0.0-1.0之间的实数,以便PID 指令功能块接受,也就是说把外界实际物理量转换成PID 指令可以接收的数据,即输入/输出的转换与标准化处理。

在本套系统中,为了生产需求,锅炉内蒸汽压力应维持在0.85-1.0MPa之间,压力的大小由压力变送器检测,变送器压力量程0-2.5MPa,输出DC4-20mA。因此在0.85MPa时,相应的电流输出是9.44Ma,同样1.0MPa时输出为10.4mA,其标准化刻度值如下图所示。

过程变量值是压力变送器检测的单极性模拟量,回路输出值也是一个单极性模拟量用来控制鼓风机的速度。这两个模拟量的范围是 0.0 -1.0 ,分辨率为1/32000 (标准化)。可以初步确定Kc=0.06,Ts=0.2,Ti=10.0,在这里不用微分作用,程序编辑如下图。

程序上采用了主程序,子程序,中断程序的结构模式,程序清晰,明了,大大缩短了周期扫描时间。

选择PID的参数,以及相互间的配合,可以影响PID控制的稳定性。如采样时间过短对外部信号的变化有可能检测不到,而过长的采样时间显然不能满足控制精度的要求。又如过大的增益又会造成控制的震荡。在调试程序时要注意这些参数的设置,慢慢调试以至达到稳定的PID控制。

PID控制在闭环控制中有着重要的作用,这里仅以控制鼓风机的速度来保持锅炉内蒸汽压力的恒定,介绍PID控制。同样锅炉内负压的维持,也是类似与此,这里不在详细介绍。