变频器常见故障分析及PID调节课程课件

1、变频器的PID调节PID是比例,积分,微分的缩写比例调节作用：.比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。积分调节作用：积分调节作用：是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,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。微分调节作用：微

2、分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能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。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。 PID调节口诀 1. PID常用口诀: 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

3、例度盘往小扳，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，前高后低4比1， 一看二调多分析，调节质量不会低 2.常用的 PID 参数整定方法a)确定控制器参数 数字PID 控制器控制参数的选择，可按连续-时间PID 参数整定方法进行。在选择数字 PID 参数之前，首先应该确定控制器结构。对允许有静差（或稳态误差）的系统，可以适当选择 P 或 PD 控制器，使稳态误差在允许的范围内。对必须消除稳态误差的系统，应选择包含积分控制的PI或PID 控制器。一般来说，PI、PID 和 P控制器应用较多。对

4、于有滞后的对象,往往都加入微分控制。b)选择参数 控制器结构确定后，即可开始选择参数。参数的选择，要根据受控对象的具体特性和对控制系统的性能要求进行。工程上，一般要求整个闭环系统是稳定的，对给定量的变化能迅速响应并平滑跟踪，超调量小；在不同干扰作用下，能保证被控量在给定值；当环境参数发生变化时，整个系统能保持稳定，等等。这些要求，对控制系统自身性能来说，有些是矛盾的。我们必须满足主要的方面的要求，兼顾其他方面，适当地折衷处理。 PID 控制器的参数整定，可以不依赖于受控对象的数学模型。工程上，PID控制器的参数常常是通过实验来确定，通过试凑，或者通过实验经验公式来确定。常用的方法： 一、实验凑

5、试法: 实验凑试法是通过闭环运行或模拟，观察系统的响应曲线，然后根据各参数对系统的影响，反复凑试参数，直至出现满意的响应，从而确定 PID控制参数。整定步骤: 实验凑试法的整定步骤为先比例，再积分，最后微分。 （1）整定比例控制 将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。 （2）整定积分环节 若在比例控制下稳态误差不能满足要求，需加入积分控制。 先将步骤（1）中选择的比例系数减小为原来的 5080，再将积分时间置一个较大值，观测响应曲线。然后减小积分时间，加大积分作用，并相应调整比例系数，反复试凑至得到较满意的响应，确定比例和积分的参数。 二、实验经验法 实验经

6、验法调整 PID 参数的方法中较常用的是扩充临界比例度法,其最大的优点是，参数的整定不依赖受控对象的数学模型，直接在现场整定、简单易行。扩充比例度法适用于有自平衡特性的受控对象，是对连续-时间 PID 控制器参数整定的临界比例度法的扩充。扩充比例度法整定数字PID 控制器参数的步骤是： （1）预选择一个足够短的采样周期TS。一般说 TS应小于受控对象纯延迟时间的十分之一。 （2）用选定的 TS 使系统工作。这时去掉积分作用和微分作用，将控制选择为纯比例控制器，构成闭环运行。逐渐减小比例度，即加大比例放大系数 KP，直至系统对输入的阶跃信号的响应出现临界振荡（稳定边缘），将这时的比例放大系数记为

7、Kr,临界振荡周期记为 Tr。（3）选择控制度。控制度，就是以连续-时间PID控制器为基准，将数字PID 控制效果与之相比较。通常采用误差平方积分作为控制效果的评价函数。定义控制度：采样周期TS的长短会影响采样-数据控制系统的品质，同样是最佳整定，采样-数据控制系统的控制品质要低于连续-时间控制系统。因而，控制度总是大于 1 的，而且控制度越大，相应的采样-数据控制系统的品质越差。控制度的选择要从所设计的系统的控制品质要求出发。 （4） 查表确定参数。根据所选择的控制度，查表，得出数字PID中相应的参数TS,KP,TI和TD。 （5）运行与修正。将求得的各参数值加入PID 控制器,闭环运行,观

8、察控制效果,并作适当的调整以获得比较满意的效果。 现在pid的整定方法基本上就是经验法，不过现在有很多论文等什么的都用自适应整定的方法，不过都没有实际波形，都是仿真出来，可信性不高，其实，一般的pid控制器只用到PI很少用D的，现场还是试凑法比较简单，用的也较多。就两个参数。 附：PID控制器参数的工程整定各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照：温度T: P=2060%,I=180600s,D=3-180s压力P: P=3070%,I=24180s, 液位L: P=2080%,I=60300s, 流量L: P=40100%,I=660s。 PID控制的原理和特点 在工程实际中，应用最为

9、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，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。 比例（P）控制

10、 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（Steady-state error）。 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有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。 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

11、。因此，比例+积分(PI)控制器，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（即误差的变化率）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振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使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

12、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。 PID的算法PID 是比例，积分，微分的缩写，P-改变P可提高响应速度，减小静态误差，但太大会增大超调量和稳定时间。 I-与P的作用基本相似，但要使静态误差为0，必须使用积分。 D-与P,I的作用相反，主要是为了减小超调，减小稳定时间。 三个参数要综合考虑，一般先将I,D 设为0，调好 P,达到基本的响应速度和误差，再加上 I,使误差为0，这时再加入D,三个参数要反复调试，最终达到较好的结果。不同的控制对象，调试的难度相差很大。变频器的PID功能

13、在恒压供水中的应用恒压供水的目的：对供水系统进行的控制是为了满足对流量的需求，所以流量是供水系统的基本控制对象。供水流量的大小取决于扬程，但是实际的扬程不能进行具体的测量和控制。考虑到在动态的情况下，管道中水压的大小于供水能力和用水需求之间的平衡情况，如供水能力Qc用水需求Qu，则压力上升（p）；如供水能力Qc用水需求Qu，则压力下降（p）；如供水能力Qc用水需求Qu，则压力不变（pconst）。就是说保持供水系统中某处的压力出于平衡状态，正好满足用水流量，这就是恒压供水所需要达到的目的。二、恒压供水的PID控制变频器有两个模拟量控制信号的输入端：目标信号输入端，即给定端。当PID功能有效模拟

14、量输入端自动成为目标信号的输入端。目标信号是一个与压力的控制目标相对应的值，显示屏幕上的通常以百分数表示反馈信号输入端，即辅助给定端。当PID功能有效时模拟量输入2自动成为反馈信号。接受从压力变送器反馈回来信号。反馈信号的表示也是通过百分比表示，这时无论是输出量还是反馈量以及设定量都是频率值而是互相成比例关系的给定百分比。目标信号的确定，目标信号的大小除了和所要求压力的控制目标有关外，还和压力变送器的SP量程有关。如要求流量控制在0。6MP时，压力变送器的满量程是1MP这是变频器的最大输出频率定义在100hz，则在变频器上给定的量就要定义成60hz在系统的工作过程中水流量的变化情况在PID控制

15、的结果下变化很小，所以水流量的变化是PID的调节量pid，pid只是在压力反馈量与目标值XT之间有偏差时才出现。三、系统运行中的三个状态稳态运行：水泵装置的供水能力与用户用水需求处于平衡状态，供水压力p稳定而无变化，反馈信号于目标信号近乎相等，PID的调节量为0。此时变频器控制的电机处在fx下匀速运行。用水流量增大：当用户的用水流量增大，超过了供水力时，供水压了p有所下降，反馈信号减小，合成信号（目标值反馈值）增大，PID产生正的调节量，变频器的输出频率合电机的转速上升，使供水能力增大，压力恢复。用水流量减小：当用户的用水流量减小时，供水能力小于用水需求，则供水压力上升，反馈信号增大，合成信号则减小，PID产生负的调节量，结果是变频器的输出频率合电机的转速下降，使供水能力下降，压力有开始恢复当压力大小重恢复到目标值时，供水能力与用水需求重又去的新的平衡，系统又恢复到稳态运行。二、过压（OU）过电压报警一般是出现在停机的时候，其主要原因是减速时间太短或制动电阻及制动单元有问题。(1)实例一台台安N2系列3.7kW变频器在停机时跳“OU