位置式PID控制原理分享

享被控对象精确的数学模型，进行复杂的理论计算。只需要在线根据被控变量与给定值之PIDrp快。快，其调节时etT—积分时间常数ID0PPPPIDPDdtu(t)DPDdtn0i=00PP主要有两个方面，分别为原理性稳态误差和结构原理性稳态误差是由比例控制系统的原理所引起的，以调节阀流量控制系统为例进比例KD/A调节阀管路标准流量计采样T定流量值为R，被控变量为0但调节阀从其初始位置开始动作到达到动作终点需要一定时间，而随着调节阀的动作，偏差值e(n)也会不断发生变化，使得调节阀的输入信号也不断变化。当某一时刻，调节阀的开度和输入信号满足关系调节阀开度=u(t)一4mA100%时，调节阀将停止动作，由调节阀所控制的被控流量值也将停止变化，偏差值e(n)也将保持不变，控制控制变量随时间变化的波形图被控变量流量值随时间变化的波形图0漂移、老化及机械间隙、摩，其定义为：执行器输入控制信号的变化不致I---------使调节阀执行器发生动作的输入电流值SI---------调节阀的起始输入电流值OI---------调节阀输入电流值得范围，20-4=16mAL误差的消除控制量计算公式为：u(n)=KTne(i)，当积分时间T增大时，积分作用减弱，消IPTIIi=0IIT环节输出控制量计算公式为：u(n)=KD[e(n)e(n1)]，当微分时间常数T过大TDPTD从而延长调节时间并出现余差。此外过强的微分作用还会使系统对高频噪声干扰过于敏感，削弱系统的抗干扰能力。在控制器中加入微分环节可在控制器中加入微分环节可以起到三方面的作用(1)调节的起始时刻DDPT器开始调节后所输出的第一拍控制变量为u(1)=Ke(1)+KD[e(1)e(0)]+u(0)，其中TPPTee偏差发生变化的作用，微分环节将会输出使偏差值绝对值减小的控制量。这部分控制量将会作e(1)的P补充量，加快控制系统调节的响应速度。(2)调节过程之中适当的选取系数T和K，可以减小控制系统的超调量，克服系统振荡，进而改善DP当调节开始之后，被控变量迅速向目标值靠拢，使得偏差值的绝对值迅速减小，由于具有抑制偏差发生变化的作用，微分环节可以在超调发生之前，输出“制动”控制调现象。如下图所示，图一为无微分环节控制器调节效果图，控制系统输出的被控变量出现了较大的超调量。图二为带微分环节控制器的调节效果图。图三为带微分环节控制器输(3)稳定状态下值时，偏差值将会同时有发生改变的趋势。若有微分环节的存在，控制器可以在偏差值尚若微分环节系数T选取过大，使微分作用过强，也会产生一定的副作用D(1)调节的起始时刻若微分作用过强，将有可能使控制器输出的控制信号u(1)=Ke(1)+KTD[e(1)e(0)]+u过大，使执行器动作过位，使控制系统输出被控变量PPT0大超调。(2)调节过程之中出被控变量制动过早，从而延长系统的调节时(3)稳定状态下过强的微分作用，会使控制器对作用于偏差的扰动过于敏感，从而使控制系统抗干信号呈一一对应的关系。控制器根据第n次被控变量采样结果与设定值之间的偏差e(n)mAI阀门的某一开度值成一一对应的关系，其对应关系表达式阀PlTIi=0TJPlTIi=0TJPTTIPID控制器微分环节输出的控制量为KD[e(n)e(n1)]，在应用实践中，如果在PTPID控制器输出的第一拍控制量中即加入微分的作用，发现微分环节具有以下两点副作(1)过强的微分作用，会使控制器对作用于偏差的扰动过分敏感，从而使控制系统抗干扰能力下降。(2)微分环节有抑制偏差变化的特性。自动调节开始后微分环节所输出的第一拍控制变量为u(1)=KD[e(1)e(0)]，其中e(0)=0，e(1)为调节开始时被控变量与给定值的DPT偏差，起作用是抑制偏差的剧变，使被控变量向使偏差减小的方向变化。从第二拍起，随着偏差的减小，微分环节又开始抑制偏差的减小，使系统制动。因此微分环节仅在第一拍起到调节作用，从第二拍起主要起抑制超调的作用。若设ID参数使第一拍微分作用过强，则容易使控制系统的输出出现超调或是使系统出现提前制动的现象；若设置PID参数使第一拍微分作用过弱，则不易发挥微分环节加快系统调节的反应速度，缩短时间的作用。不完全微分算法即在原微分环节上添加一个具有低通滤波作用的惯性环节，其结构框图如下：则不完全微分环节的传递函数为TTU(s)=KTsPDE(s)，整理后可得D1+TsfUsTsUsKTsEs，转化为微分方程后为DfDPDu(t)+Tdu(t)D=KTde(t)，用一阶后向差分方程进行离散化为DfdtPDdtDfTPDT全微分与不完全微分的对比分别对完全微分环节和不完全微分环节施加一个阶跃输入(1)完全微分环节完完全微分环节的输出表达式为u(n)=KTD[e(n)e(n1)]，其输出值由DPT则完全微分环节仅在第一个控制采样周期之后有幅值为KD的输出值。PT(2)不完全微分环节TKT不完全微分环节的输出表达式为u(n)=fu(n1)+PD[e(n)e(n1)]，其DT+TDT+TffDKT不完全微分环节不仅在第一个控制采样周期之后有幅值为PD的输出值，相对于Tf完全微分环节在第一个控制采样周期之后的输出KD有了一定的衰减，而且在后面的PTT控制采样周期之后仍然有输出值，且个输出值以f的比例进行衰减。f因此采用不完全微分算法，可以达到以下目的：一、衰减了完全微分环节在第一个控制采样周期之后的输出值，避免了因过强的微分作用造成系统输出产生超调的现象。二、将微分环节的调节作用扩展至第一个控制采样周期之后的多个周期，强化了微分环节的调节作用。三、衰减了微分环节的脉冲输出，提高了控制系统的抗干扰性。TT5.1.2微分先行算法微分先行即将对偏差的微分改为对被控变量的微分，微分环节的输出为微分先行算法适用于给定值需要发生频繁改变的控制系统，对于此类系统，被控变量与给定值的偏差会出现频繁的跳变，如果对偏差进行微分，则会使微分结果产生剧烈的脉冲变化，不利于控制系统的稳定，而控制系统的被控变量输出一般不会产生突变 (即使给定值改变，被控变量的变化也是一个相对缓慢的过程)，采用微分先行算法在预测输出变化趋势的同时，避免了控制量的脉冲式频繁突变，有利于系统的稳定。行机构的输入信号上下限时，此后执行机构将进量的增加而进一步的动作。当偏差值反向时，控制器的输设定范围(u,u)minmaxIminmaxPID0IminmaxPID05.2.2积分分离算法积分分离算法的基本思想是，当被控量与设计的偏差量偏差较大时，取消积分量，以ene输出控制量中不含积分项，但控制器仍然将每次采样后所得的偏差值进行累加运算。5.2.3变速积分算法变速积分PID的基本思路是改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应，当偏差值较大时，使积分速度减慢；当偏置值较小时，使积分速度加快。这样就可以起到抑制积分环节产生超调，同时缩短调节时间，提高控制精度的作用，算法原理如下所述：小，则a的值越大，则积分项累加的速度也就得到提高。为使a=[0,1]区间之内，需使A>|e(n)|。maxPPPP程器出控制变量之后，在下一个控制周期到来之前，被控变相应调整。控制采样周期的选取可以按照下表的经验PDI格要求的工艺，要求控制系统有上下限报警机PlTIi=0TJ00/自动的切换之前瞬间控制系统输出至执行机构的控制量值，才能保证自动的无冲击同样，当控制系统从自动控制状态切换到手动操作状态时，也必须将软手动操作系统输出至执行机构的控制量设置为手/自动的切换之前瞬间PID控制器输出至执行机构值。u0值的设置PlTIi=0TJ00程的进行而发生改变。u的值即为PID调节开始之前瞬间，控制系统输出0至执行机构的控制变量值。(1)在系统闭环的情况下，只保留比例环节，在积分环节和微分环节之前分别乘以0。PPPP渡过程称之为临界振荡过程。出现临界振荡过程的放大倍数K称为临界放大倍P数，记为K，等幅振荡的周期T则称临界周期。CC(3)获得K和T这两个试验参数之后，按下表给出的经验公式，计算出使过度过程呈CCPID例、积分、微分控PT/sITCTCKCKCKCDTC(4)根据各参数分别对控制系统动态性能和稳态性能的影响，适当调整控制参数，直。1、如果工艺方面不允许被控变量做长时间的等幅振荡，这种方法就不能应用。DDP(2)通过给定值给系统施加一个阶跃输入，观察被控变量c(n)的变化情况。若c(n)的P则减小K值，使过渡过程出现衰减振荡。如果衰减比小大于4：1，K值继续增PPPPSS(3)通过上述试验可以找到过渡过程为衰减比4：1衰减振荡时的放大倍数为K以及SSPID例、积分、微分控PT/sITSTSDTSKKS(4)根据各参数分别对控制系统动态性能和稳态性能的影响，适当调整控制参数，直。(1)在系统闭环的情况下，只保留比例环节，在积分环节和微分环节之前分别乘以0。TT设置为0，比例放大系数IDP(2)通过给定值给系统施加一个阶跃输入，观察被控变量c(n)的变化情况。若c(n)的过渡过程无振荡，则继续增大K值；若c(n)的过渡过程呈发散振荡或等幅振荡，P则减小K值，使过渡过程出现衰减振荡。如果衰减比小大于10：1，K值继续增PPP止。记此时的比例放大系数K为K，自调节开始至衰减曲线达到第一个峰值的PS上升时间为t。r(3)通过上述试验可以找到过渡过程为衰减比10：1衰减振荡时的放大倍数为K以及SrPID(比例、积分、微分控PT/sItr2trDtrKKS(4)根据各参数分别对控制系统动态性能和稳态性能的影响，适当调整控制参数，直优点：衰减振荡易为控制工艺所接受，这种整定方法应用比较广泛。进行的比较快，从被控变量记录曲线上读出衰减这是一种用广义对象时间特性整定控制器参数的方法。(广义对象：控制阀、被控对象和测量变送装置合在一起，称为广义对象。)测试广义对象的时间特性具体做法如(