离散PID、PID参数整定.ppt

1、第八节 离散的PID控制算法,一、离散的PID算法： DDC控制框图如下所示：,离散PID算法：积分数值积分，微分差分,1、位置式算法,特点： 必须要知道初始阀位Us，一般需经模拟变送后，由采样通道送入计算机。 积分作用相当于当前时刻与以前所有偏差之和积分饱合。 可直接与数字调节阀连接。或通过D/A转换,2、增量算法：,3、速度式算法：,说明： 增量算法利用脉冲发生器，将数字量转化为脉冲，推动步进电机，由步进电机转化为模拟量，不需要知道初始阀位。 速度算法需要采用积分式执行机构 手动、自动切换方便 增量，速度算法不会产生积分饱和现象 每次只需计算增量，计算简单,图145 增量式PID算法框图,

2、二、改进PID算法： 1、对于积分作用：,（1）圆整误差的问题 计算机的精度限制；,改进算法：增加累加单元，当ui(k)出现机器零时，开始把e(k)保存在累加单元中，直到ui(k)不为零为止 （2）积分分离：积分除了消除误差外，对其他控制指标都是不利的，如图1-46所示，积分作用引入了相角滞后。,（3）梯形积分问题:减小噪声对ui(k)的影响,e(k) A，取消积分作用 e(k) A，引入积分作用,改进算法：积分分离，即在系统偏差较大时，取消积分作用，一旦受控变量接近设定值时，才会产生积分作用：,2、微分作用D （1）微分先行：为了避免调整设定值时，微分作用产生较大的突变，微分先行将微分部分移

3、至测量通道中,（2）不完全微分：即用实际的PD环节来代替理想的PD环节 用实际PD环节代替理想PD环节,PI,+,-,或是理想PID环节串联一个一阶惯性环节,PI,+,-,U(s),PID,Gf(s),E(s),U(s),图1-2-14,其离散位置式算式：,其中：,其离散增量式等式,其离散速度式等式：,其中：,其中：,（3）输入滤波：四点中值差分,三、控制度与采样周期的选择 1、离散式PID算法与连续PID 算法相比具有的优点： P、I、D三个参数相互独立，可分别整定 Kc,Ti,Td可在更大的范围内自由选择。 积分和微分控制作用的改进措施，较之模拟式控制器更为灵活多变 2、离散式PID算法与

4、连续PID 算法相比具有的缺点： 当采用等效的P I D参数时，离散PID控制的品质往往低于连续控制,3、控制度,采样周期：t 越小，则控制度值越小，离散PID的品质越好t的选择：香农定理：采样周期必须小于工作周期的一半 实际上，一般取,四、用计算机实现DDC的一些问题 1、输入： 滤波、采样、运算、输出必须在一个采样周期内完成 2、信号的量化与线性化 模拟量与数字量之间的相互转化： y是模拟量， 为数字量， 为变送器输入输出量程之比 为零点压缩； 为量化单位； 例：温度：50150c,变送器输出420mA,求温度为100c时相应8位二进制代码 3、输出:模拟量、脉冲量、数字量,第九节 控制器

5、参数整定,控制器的参数整定的若干原则： 1、在广义对象传函： K o大，则K c小；K o小，则K c大。以保证开环增益KcKo不变 2、若已知 ，则取Ti 取 ，Td取 3、在P，I，D中，P为最基本的控制作用 4、I作用消除误差，但是响应速度变慢，稳定性变差，引入I之后，K c 应适当减小,5、D作用主要用在以温度或成分为受控变量的系统中，一般取 。引入D作用后， K c可适当增加。 6、在含有高频噪音时，不宜用D作用 7、随动系统的控制品质要求衰减比为10：1，定值系统中控制品质要求衰减比为4：1 8、近似二阶振荡环节，衰减比、超调量与阻尼比之间有一定的关系。,9、对不稳定系统，Kc越小

6、则越稳定,一、经验凑试法： 按照人们长期从事过程控制的经验来调整控制器参数 流量系统：宜用PI控制，往往需要精确控制 液位系统：宜用纯比例，比例度要大 压力系统：液体压力，气体压力，蒸汽压力 液体压力：调节近似流量调节 蒸汽压力：调节近似温度调节 温度系统：存在传递滞后和较大的时间常数，所以引入微分作用 注意:这种按照受控变量类型来选择控制器参数的做法，都是对 典型的过程特性而言的。,表14 经验法整定参数的参考范围,整定步骤： （1）纯比例下调出4：1衰减振荡 （2）如需消除余差，则适当增加比例度，引入积分作用 （3）如需要再加入微分：允许适当减小比例度和积分时间 不同参数对过渡过程曲线的影

7、响： （1）比例度过小、积分时间过小、微分时间过大所引起的振荡的区别,a:积分时间过小（周期较长）；b: 比例度过小（周期较短）;c:微分时间过大（周期最短）,（2）比例度过大、积分时间过大的区别,a:比例度过大（曲线波动较剧烈、不规则地较大地偏离给定值，波浪式起伏） b: 积分时间过大（曲线通过非周期的不正常路径，慢慢地回复到给定）,整定方法2： （1）参考表14来固定积分时间和微分时间 （2）反复凑试比例度,二、临界比例度法： 整定步骤： （1）纯比例控制下，自大而小改变比例度 ，直至系统产生等幅振荡 （2）记下临界比例度K和临界振荡周期TK （3）按表16计算控制器参数 采用这种方法注意

8、： （1）工艺上允许受控变量承受等幅振荡的波动，系统要能够产生等幅振荡 （2）当 时，发散振荡，但由于此时阀可能是全开或全关，因此振幅是有限的，与等幅振荡不好区分。 （3）微分对纯滞后不起作用，大纯滞后时Td 小些， 大些 （4）此方法可用于离散的PID的参数整定（参见表1-7）,三、衰减曲线法 整定步骤： （1）纯比例控制下，自大而小改变比例度 ，直至系统产生衰减振荡 （2）对定值系统， 取4：1，测出工作周期T p，比例度s 对随动系统，取10：1，测出上升时间T r，比例度s （3）按表15计算控制器参数,注意事项： 所加干扰不能太大，一般为额定值的5左右，也有例外的情况 必须在工艺参数

9、稳定情况下才能施加干扰否则得不到正确的Tp，s， T r 对反应快的系统，较难得到4:1衰减振荡曲线，一般认为曲线来回波动两次达到稳态值，就近似认为达到 4:1衰减振荡,四、反应曲线法： 按广义对象的时间特性来整定参数 1、操作变量作阶跃变化 求取广义对象在阶跃作用下的时间响应曲线，根据曲线确定广义对象的K0，T，。按表1-8计算参数值,响应曲线法 K0，T， k,Tk 临界比例度法,2、按最小积分指标来确定P，I，D参数 已知对象的K0，T，则对定值系统和随动系统，利用如下公式：,A，B的值参见表1-9和表1-10,3、离散系统：,或按表1-11来整定参数,五、控制系统的投运和维护 系统投运

10、是生产过程实现自动控制的最后一个环节，自动装置建成或改建完成，或完成全面检修，都要进行控制系统的投运 1、投运步骤： 详细理解工艺，对投运过程中能出现的问题应有相应的解决措施 投运前检测元件、变送器、控制器、显示仪表、控制阀必须作全面细致的检查和校验，以保证精度及安全可靠 各种仪表的接线，导管，隔离液等的检查 控制器的正反作用设定、内外给定设定等 控制阀能否正确工作、旁路阀及上下游截止阀等 联动实验,检测系统首先投入运行 阀门手动遥控，以达到正常工作下的开度 检查控制器的正反作用及设定PID参数，按无扰动切换的原则将控制器由手动切换到自动。 2、系统的维护 定期检查自控设备，特别是阀门、测量变

11、送环节，应经常检查调校，发现问题及时解决，避免控制失灵。 发生故障后的检查处理 当检测系统发生越限报警信号时 当仪表显示值失常时 当控制器输出失常时,第十节 与PID密切相关的几类系统,一、二维PID系统 Ui必须是e的函数，而Up则可以是e的函数，也可以是y(t)的函数，有三种PID控制系统的构成形式 1、PID形式跟踪设定值能力强 2、IPD形式克服扰动的能力强 3、二维PID形式： ，为待定系数，01之间，、合适时，则跟踪设定值、克服扰动能力都强,P+D,G(s),U,y,二、时间比例控制系统 一个采样周期 t内开的时间为t1，关的时间为t2， t1/t2随着e的变化而变化,三、自整定控制器：使PID参数的整定完全自动进行 1、辨识与控制结合（见下图）,包括两个回路： （1）内回路：可变参数的PID控制器 （2）外回路：动态特性辨识，PID参数的调整 缺点：需要较多关于被控对象的先验知识，特别是时间常数的数量级，以确定采样周期或数字滤波器的时间常数,调节器,继电器,对象,C,A,T,2、极限环方法 先通过人工控制使系统进入稳定工况，然后按下整定按钮，继电器控制，得到极限环，然后根