临界比例度振荡实验和参数整定201210

4.3PID控制器的选取与整定——临界比例度法整定PID参数李林阳、陈国安实验成果分享比例控制器比例增益对控制性能的影响控制器增益Kc对系统性能的影响：增益Kc增大，系统的调节作用增强，但稳定性下降（当系统稳定时，调节频率提高、余差下降）。下图为单纯的P调节曲线，逐渐增大比例增益（即减小比例度），曲线能稳定但是有余差，P=300，P=250，P=200，P=150，P=100比例度依次减小，余差也减小，（接着减小比例度曲线开始出现振荡）单纯的P调节

设定值50kpa，有余差比例调节的特点：

有差调节积分作用对控制性能的影响积分时间Ti对系统性能的影响

引入积分作用可以消除稳态余差，但控制系统的稳定性下降。当积分作用过强时（即Ti过小），可能使控制系统不稳定。积分调节的特点：

无差调节滞后作用微分作用对控制性能的影响微分调节的特点：

1也是有差调节

2超前作用

3抑制偏差变化，使被控变量平缓PID控制器一、水泵供水压力

临界比例度振荡实验控制对象为磁力驱动泵，控制变量为出水压力控制器为AI818，输出周期CTL=5查找等幅振荡情况下的比例度P参数值，依次减小P比例度P=48时，压力振荡曲线如下，但曲线上下不对称接着减小P值，P=47(第一个峰值)P=46(后两个峰值)当P=45时，出现等幅振荡如下图设定值50kpa振荡曲线波峰值93.63kpa振荡曲线波谷值6.74kpa。振荡波形的周期Pu=20s此时的临界比例增益Kcmax=1/45=0.0222接着减小P，P=45(第一个震荡)P=44（后两个震荡）下面是Ziegler-Nichols公式

根据临界增益可以分别计算出P、PI、PID控制下的参数值

控制规律

Kc

Ti

Td

P

0.5Kcmax

PI

0.45Kcmax

0.83Pu

PID

0.6Kcmax

0.5Pu

0.12PuP调节比例增益为：1/2*Kcmax=1/2*0.022=0.011，所以比例度P=1/0.011=90.09P调节：下图是从中间过程抓屏曲线，所以没有上升过程曲线。PI调节：P=100.10（比例增益=0.00999），I=16.6PID调节：P=75.075(比例值0.01332)，I=10，D=2.4微分对压力调节的影响加上微分后控制效果反而出现振荡，为什么？微分作用Ud=Td*de/dt,微分作用在高频下有较大的振幅比。如果测量值含有很大的噪声，由于微分作用对高频噪声起到放大作用，因此存在高频噪声的地方不宜用微分。压力对象的波动和测量噪声比较多，所以压力控制不宜用微分PI调节参数的调整根据Ziegler-Nichols公式计算参数为P=100.10（比例增益0.00999），I=16.6）而实际参数是在此基础上调整的：P=150.0，I=6.0，本组参数调节效果见下图压力控制4:1衰减响应曲线二、改变供水管道阻力

的临界振荡实验阀门FV102开度从100%变为50%下面临界振荡的比例度P=51.5，所以Kcmax=0.0194临界振荡周期Pu=19s,设定值=50kpa压力振荡曲线P调节：PB=103PI调节：PB=114.4，Ti=15.77sPID调节：PB=85.8，Ti=9.5,Td=2.28,滤波系数DL=3，效果差！滤波系数DL=20，加大滤波作用，测量值越稳定，响应慢，但仍然振荡。三、流量对象

的临界比例度振荡实验恒压供水为基础，设置为50kpa；P单独作用等幅振荡曲线的查找，先把P作用从小到大每次增加0.1，大致找出临界震荡的P参数的范围，确定范围之后再把P从小到大每次增加0.02进行更精确的查找流量设定值500(L/h)，波峰值543，波谷值558控制周期0.5s比例增益Kcmax=0.165Pu=13s根据Ziegler-Nichols公式计算参数为P控制P=0.0825PI控制P=0.07425I=10.79PID控制P=0.099I=6.5Td=1.56四、液位对象

的临界比例度振荡实验供水压力50Kpa