PID控制器参数整定课件

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,2019-10-9,感谢你的欣赏,P,ID,控制器参数整定,xxx,浙江大学智能系统与控制研究所,1,感谢你的欣赏,2019-10-9,PID,（,比例,-,积分,-,微分,）控制器,理论,PID,控制器,工业,PID,控制器（,如何构造其仿真模型？,）,A,d,为微分增益,通常,A,d,= 10,。,2,感谢你的欣赏,2019-10-9,单回路,PID,控制系统应用问题,对于某一动态特性未知的广义被控过程，如何选择,PID,控制器形式，并整定,PID,控制器参数,?,3,感谢你的欣赏,2019-10-9,内 容,PID,控制器类型的选择,控制器参数整定的一般方法,流量控制回路的,PID,参数整定方法,液位均匀控制系统的,PID,参数整定,积分饱和与防止,Summary,4,感谢你的欣赏,2019-10-9,PID,控制器类型选择,*1,:,对于某些具有较长时间常数的慢过程，建议引入微分作用。但若存在较大的测量噪声，需要对测量信号进行一阶滤波或平均滤波,分析上述选择原因,?,被控过程,控制器,类型,温度,/,成份,PID,*1,流量,/,压力,/,液位,PI,部分液位,P,5,感谢你的欣赏,2019-10-9,PID,参数整定的概念,6,感谢你的欣赏,2019-10-9,基于过程特性参数,K,T,的,离线参数整定法,步骤,1,：将控制器从“自动”模式切换至“手动”模式（此时控制器输出完全由人工控制），人为以阶跃方式增大或减少控制器输出，并记录控制器相关的输入输出动态响应数据。,步骤,2,：,由阶跃响应数据估计特性参数,K,T,。,步骤,3,：按经验公式设定,PID,参数,K,c,、,T,i,、,T,d,，并将控制器切换至“自动”模式。,步骤,4,：根据系统闭环响应情况，增大或减少控制器增益,K,c,直至满意为止。,7,感谢你的欣赏,2019-10-9,离线整定仿真举例,步骤,1,：阶跃响应测试,8,感谢你的欣赏,2019-10-9,步骤,2,：获取过程参数,9,感谢你的欣赏,2019-10-9,步骤,3,：获取初始,PID,参数,(,Ziegler-Nichols,方法,),控制器类型,K,c,T,i,T,d,P,0,PI,0,PID,注意：上述整定规则仅限于,10,感谢你的欣赏,2019-10-9,取值,步骤,3,：获取初始,PID,参数,(,Lambda,整定法,),控制器,K,c,T,i,T,d,P,0,PI,T,0,PID,T,/,2,注意：上述整定规则不受,/T,取值的限制,11,感谢你的欣赏,2019-10-9,仿真举例,#1,广义对象特性参数：,K,= 1.75,T,= 6.5,=,3.3,min,若采用,PI,控制器，,Z-N,法：,K,c,= 1.0,T,i,= 11 min,Lambda,法：,K,c,= 0.56,T,i,= 6.5 min,12,感谢你的欣赏,2019-10-9,仿真举例,#2,广义对象特性参数：,K,= 1.75,T,= 6.5,=,6.3,min,若采用,PI,控制器，,Z-N,法：,K,c,= 0.53,T,i,= 20.8 min,Lambda,法：,K,c,= 0.30,T,i,= 6.5 min,13,感谢你的欣赏,2019-10-9,PID,参数在线整定法,步骤,1,：将在线闭环运行的控制器，完全去除积分作用与微分作用（,T,i,=,最大值，,T,d,= 0,）成为纯比例控制器，并设置较小的,K,c,值。,步骤,2,：施加小幅度的设定值或扰动变化，,并观察,CV,的响应曲线。,步骤,3,：若,CV,的响应未达到等幅振荡，则增大,K,c,（减少比例带,PB,）；若,CV,响应为发散振荡，则减少,K,c,。重复步骤,2,。,步骤,4,：重复步骤,3,，直至产生等幅振荡。,14,感谢你的欣赏,2019-10-9,在线整定仿真举例,15,感谢你的欣赏,2019-10-9,在线整定准则：,Ziegler-Nichols,法,控制器,K,c,T,i,T,d,P,0.5,K,cu,PI,0.45,K,cu,T,u,/1.2,PID,0.65,K,cu,T,u,/2,T,u,/8,由纯比例控制下的等幅振荡曲线，获得,临界控制器增益,K,cu,与,临界振荡周期,T,u,，并按下表得到正常工作下的控制器参数。,16,感谢你的欣赏,2019-10-9,在线整定仿真举例,17,感谢你的欣赏,2019-10-9,在线整定法的局限性分析,18,感谢你的欣赏,2019-10-9,未知过程的,PID,参数整定举例,19,感谢你的欣赏,2019-10-9,流量回路的动态特性,动态响应的快速性,纯滞后时间接近零,，即从理论上讲控制器增益可无限大,测量噪声大,为减少控制阀的频繁波动，宜采用,PI,控制器，而且控制增益应小、而积分作用应大（即,接近纯积分控制器,）（为什么？）,20,感谢你的欣赏,2019-10-9,流量回路的控制参数选择,T,i,整定原则：,T,i,= 0.10min,或,T,i,= 0.05min,K,c,整定原则：,控制增益可人工调整，但对于设定值的阶跃变化，实际流量不应出现超调。,.,21,感谢你的欣赏,2019-10-9,流量回路整定仿真举例,请比较控制器的比例增益与积分增益,22,感谢你的欣赏,2019-10-9,分析下列液位控制问题的不同点,23,感谢你的欣赏,2019-10-9,液位回路的动态特性,不少液位对象为非自衡的积分过程,，无法进行阶跃响应测试。,当进料流量变化为主要扰动时，对于液位控制回路，可能存在,两种不同的控制目标,(1),常规液位控制，也称“紧液位控制”；,(2),液位均匀控制，也称“平均液位控制”,24,感谢你的欣赏,2019-10-9,常规液位控制,控制目标是使液位与其设定值的偏差尽可能小，而对,MV,（如输出流量）的波动无限制。,假设该液位过程为自衡过程，则可采用阶跃响应获取,K,、,T,、,，并可采用常规的参数整定法,假设该液位过程为非自衡过程，常采用,PI,控制器，而且控制增益大、积分作用弱（即,接近纯比例控制器,）（为什么？）,25,感谢你的欣赏,2019-10-9,液位均匀控制,控制目标是,使操作变量（如储罐输出流量）尽可能平缓,，以减少对下游装置的干扰，而允许贮罐液位在上下限之间波动。,液位均匀控制常采用,比例控制器,（在实际应用中，可采用,PI,控制器，并选择积分时间足够大，以减少积分作用）。,比例增益的整定原则：,比例增益应尽可能小，,只要液位的波动幅度不超过允许的上下限（对于可能的大幅度输入流量干扰）。,26,感谢你的欣赏,2019-10-9,液位控制仿真举例,27,感谢你的欣赏,2019-10-9,液位均匀控制系统的分析,假设被控过程的动态方程为,其中,A,为储罐的截面积。假设液位变送器,LT 41,与控制阀满足,28,感谢你的欣赏,2019-10-9,液位均匀控制系统的分析（续）,对于某一纯比例控制器,G,c,=,K,c,试分析上述模型参数对动态特性的响应,29,感谢你的欣赏,2019-10-9,纯比例液位均匀控制的仿真,30,感谢你的欣赏,2019-10-9,PID,控制器的积分饱和问题,积分饱和问题的由来,31,感谢你的欣赏,2019-10-9,单回路,PID,控制器的,积分饱和现象,讨论以下现象：,（,1,）控制器的积分饱和现象,（,2,）控制阀全开或全关,32,感谢你的欣赏,2019-10-9,单回路控制的抗积分饱和原理,原理：当控制器输出超出正常操作范围时，将积分作用切除。,33,感谢你的欣赏,2019-10-9,抗积分饱和仿真举例,34,感谢你的欣赏,2019-10-9,工业单回路,PID,控制器,PID1,PID2,35,感谢你的欣赏,2019-10-9,小结,PID,控制器类型的选择,控制器参数整定的一般方法,流量控制回路的,PID,参数整定方法,液位均匀控制系统的,PID,参数整定,单回路控制的积分饱和现象及其防止,36,感谢你的欣赏,2019-10-9,问题讨论,对于某一动态特性未知但开环稳定的温度控制系统如何整定,PID,控制器参数（离线或在线方式）？,试用,Simulink,仿真模型，近似实现工业,PID,控制器的外部特性 ？,对于快速的流量控制回路，请给出,PID,参数的整定原则，并解释原因。,对于液位均匀控制回路，它与一般的液位控制有何区别？请给出,PID,参数的整定原则，并解释原因。,试描述单回路控制系统的积分饱和现象，解释其产生的原因，并给出相应的防积分饱和方案。,37,感谢你的欣赏,2019-10-9,习题,3-1,打开附件压缩文件中,ProcessModel.mdl,文件，通过阶跃测试方法获取广义一阶加纯滞后被控对象的模型参数，分别通过,ZN,法和,lambda,法整定,PID,参数。,38,感谢你的欣赏,2019-10-9,习题,3-2,打开附件压缩文件中,AverageLevelLoop.mdl,文件，通过调整控制器增益,Kc,大小，观察液位,Level,变量和输出流量,Fo,的波动变化情况，并回答以下问题：,(1),改变,Kc,能够改变,Fo,的波动范围么？为什么说均匀控制能够减少,Fi,的变化对,Fo,的影响？,(,注意仿真里加入的,Fi,的干扰是正弦信号,),。,(2),假设液位允许变化的范围是,4555,为了充分利用液位的缓冲能力，减少,Fi,对,Fo,的影响，控制器增益,Kc,应如何选择？为什么？,39,感谢你的欣赏,2019-10-9,仿真作业,3-1,使用,Simulink,搭建一个,工业,PID,控制器，注意,PID,输出应加上过程稳态工作点，并且包含抗积分饱和环节。,利用你开发的,PID,控制器和,ZN,法镇定的参数，控制,ProcessModel.mdl,中的对象，并观察闭环系统的阶跃响应。,40,感谢你的欣赏,2019-10-9,