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文档简介
1、精选优质文档-倾情为你奉上 一、 前言 在我们燃烧器的自动燃烧控制中,普遍的使用到了PID控制,由于我们对它的了解程度不够深刻,在许多应用现场和用户面前给我们带来了很多尴尬。为了让大家能深刻的理解并掌握PID,这里我将我搜集到的一些资料结合本人现场调试的一些经验与心得,与大家共同学习探讨。二、PID控制类型与意义所谓的PID控制其实是自动控制输出的一种控制类型。它还有P(比例)控制、I(积分)控制、D(微分)控制,组合在一起使用的有PI控制、PD控制、PID控制。尽管不同类型的控制器,其结构、原理各不相同,但是基本控制规律只有三个:比例(P)控制、积分(I)控制和微分(D)控制。这几种控制规律
2、可以单独使用,但是更多场合是组合使用。如比例(P)控制、比例-积分(PI)控制、比例-积分-微分(PID)控制等。 1、比例(P)控制单独的比例控制也称“有差控制”,控制器输出的变化与输入控制器的偏差(偏差指目标值与实际值之间的差)成比例关系,偏差越大输出越大(或越小根据正反比例有关)。输出=偏差*比例比如说,一个热风炉出口温度的PID控制的比例是10,它的预定值是500°C。那么它在小于490°C的时候会输出100%,在495°C的时候会输出50%,在499°C的时候输出10,在偏差是0的时候,控制器的输出也是0。实际应用中,比例度的大小应视具体情况而
3、定,比例度太小,控制作用太弱,不利于系统克服扰动,余差太大,控制质量差,也没有什么控制作用;比例度太大,控制作用太强,容易导致系统的稳定性变差,引发振荡。 对于反应灵敏、放大能力强的被控对象(例如热风炉的温度控制),为提高系统的稳定性,应当使比例度稍小些;而对于反应迟钝,放大能力又较弱的被控对象(例如蒸汽压力的控制),比例度可选大一些,以提高整个系统的灵敏度,也可以相应减小余差。 这里说的比例度的大小不是指P值数字的大小,而是指P值在整个被控对象中所占比例的大小,例如,我们平常的蒸汽压力控制目标为2.0MPa,它的比例取值为1,但它已占最大差值比例的50% ,1/(2-0)*100%=50%。
4、而热风温度控制中,热风目标为500,比例取10时,它占最大差值的10%,10/(500-0)*100%=2%单纯的比例控制适用于扰动不大,滞后较小,负荷变化小,要求不高,允许有一定余差存在的场合。 2、比例积分(PI)控制比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种,其最大优点就是控制及时、迅速。只要有偏差产生,控制器立即产生控制作用。但是,不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。 积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。这里的“积分”指的是“积累”的意思。积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关,而且还与偏差存在的时间有关
5、。只要偏差存在,输出就会不断累积(输出值越来越大或越来越小),一直到偏差为零,累积才会停止。所以,积分控制可以消除余差。积分控制规律又称无差控制规律。 积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱。积分时间越小,控制作用越强;反之,控制作用越弱。 积分控制虽然能消除余差,但它存在着控制不及时的缺点。因为积分输出的累积是渐进的,其产生的控制作用总是落后于偏差的变化,不能及时有效地克服干扰的影响,难以使控制系统稳定下来。所以,实用中一般不单独使用积分控制,而是和比例控制作用结合起来,构成比例积分控制。这样取二者之长,互相弥补,既有比例控制作用的迅速及时,又有积分控制作用消除余差的能力。因此,比例积分控制
6、可以实现较为理想的过程控制。 比例积分控制器是目前应用最为广泛的一种控制器,多用于工业生产中液位、压力、流量等控制系统。由于引入积分作用能消除余差,弥补了纯比例控制的缺陷,获得较好的控制质量。但是积分作用的引入,会使系统稳定性变差。对于有较大惯性滞后的控制系统,要尽量避免使用。 3、比例微分(PD)控制比例积分控制对于时间滞后的被控对象使用不够理想。所谓“时间滞后”指的是:当被控对象受到扰动作用后,被控变量没有立即发生变化,而是有一个时间上的延迟,比如容量滞后,此时比例积分控制显得迟钝、不及时。为此,人们设想:能否根据偏差的变化趋势来做出相应的控制动作呢?犹如有经验的操作人员,既可根据偏差的大
7、小来改变阀门的开度(比例作用),又可根据偏差变化的速度大小来预计将要出现的情况,提前进行过量控制,“防患于未然”。这就是具有“超前”控制作用的微分控制规律。微分控制器输出的大小取决于输入偏差变化的速度。 微分输出只与偏差的变化速度有关,而与偏差的大小以及偏差是否存在与否无关。如果偏差为一固定值,不管多大,只要不变化,则输出的变化一定为零,控制器没有任何控制作用。微分时间越大,微分输出维持的时间就越长,因此微分作用越强;反之则越弱。当微分时间为0时,就没有微分控制作用了。同理,微分时间的选取,也是需要根据实际情况来确定的。 微分控制作用的特点是:动作迅速,具有超前调节功能,可有效改善被控对象有较
8、大时间滞后的控制品质;但是它不能消除余差,尤其是对于恒定偏差输入时,根本就没有控制作用。因此,不能单独使用微分控制规律。 比例和微分作用结合,比单纯的比例作用更快。尤其是对容量滞后大的对象,可以减小动偏差的幅度,节省控制时间,显著改善控制质量。 4、比例积分微分(PID)控制最为理想的控制当属比例-积分-微分控制规律。它集三者之长:既有比例作用的及时迅速,又有积分作用的消除余差能力,还有微分作用的超前控制功能。 当偏差阶跃出现时,微分立即大幅度动作,抑制偏差的这种跃变;比例也同时起消除偏差的作用,使偏差幅度减小,由于比例作用是持久和起主要作用的控制规律,因此可使系统比较稳定;而积分作用慢慢把余
9、差克服掉。只要三个作用的控制参数选择得当,便可充分发挥三种控制规律的优点,得到较为理想的控制效果。 三、PID控制器调试方法1、比例系数的调节比例系数P的调节范围一般是:0.1-100. 如果增益值取 0.1,PID 调节器输出变化为十分之一的偏差值。如果增益值取 100, PID 调节器输出变化为一百倍的偏差值。 可见该值越大,比例产生的增益作用越大。初调时,选小一些,然后慢慢调大,直到系统波动足够小时,再改动积分或微分系数。过大的P值会导致系统不稳定,持续振荡;过小的P值又会使系统反应迟钝。合适的值应该使系统由足够的灵敏度但又不会反应过于灵敏,一定时间的迟缓要靠积分时间来调节。 2、积分系
10、数的调节积分时间常数的定义是,偏差引起输出增长的时间。积分时间设为 1秒,则输出变化 100%所需时间为 1 秒。初调时要把积分时间设置长些,然后慢慢调小直到系统稳定为止。 3、微分系数的调节微分值是偏差值的变化率。例如,如果输入偏差值线性变化,则在调节器输出侧叠加一个恒定的调节量。大部分控制系统不需要调节微分时间。因为只有时间滞后的系统才需要附加这个参数。如果画蛇添足加上这个参数反而会使系统的控制受到影响。如果通过比例、积分参数的调节还是收不到理想的控制要求,就可以调节微分时间。初调时把这个系数设小,然后慢慢调大,直到系统稳定。 四、总结PID参数的整定还需要我们在现场的实践中不断地摸索,与总结。下面是自动控制前辈们的经验总结。我给其配上一些曲线图以便于大家更形象深刻的理解。参数整定找最佳,从小到
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