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1、第五章 數(shù)字PID控制算法之三楊根科上海交通大學(xué)自動(dòng)化系2007年3月1.內(nèi)容提要概述準(zhǔn)連續(xù)PID控制算法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)PID算法的改進(jìn)PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)選擇小結(jié)2.PID調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇3.PID調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇AutomaticandManualControlModesAutomaticModeControlleroutput,p(t),dependsone(t),controllerconstants,andtypeofcontrollerused.(PIvs.PIDetc.)ManualModeControlleroutput,p
2、(t),isadjustedmanually.ManualModeisveryusefulwhenunusualconditionsexist:plantstart-upplantshut-downemergenciesPercentageofcontrollers"onmanual”??(30%in2001,Honeywellsurvey)4.PID調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇PID整定的理論方法—通過(guò)調(diào)整PID的三個(gè)參數(shù)KP、TI、TD，將系統(tǒng)的閉環(huán)特征根分布在s域的左半平面的某一特定域內(nèi)，以保證系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定裕度并滿(mǎn)足給定的性能指
3、標(biāo)—只有被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型足夠精確時(shí)，才能把特征根精確地配置在期望的位置上，而大多數(shù)實(shí)際系統(tǒng)一般無(wú)法得到系統(tǒng)的精確模型，因此理論設(shè)計(jì)的極點(diǎn)配置往往與實(shí)際系統(tǒng)不能精確匹配5.控制器閉環(huán)特征值(模擬)PID調(diào)節(jié)器6.PID調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇（2）試湊法確定PID調(diào)節(jié)參數(shù)◆通過(guò)模擬或閉環(huán)運(yùn)行觀(guān)察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線(xiàn)，然后根據(jù)各環(huán)節(jié)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的大致影響，反復(fù)湊試參數(shù)，以達(dá)到滿(mǎn)意的響應(yīng)，從而確定PID參數(shù)◆Kp增大，系統(tǒng)響應(yīng)加快，靜差減小，但系統(tǒng)振蕩增強(qiáng)，穩(wěn)定性下降；Ti增大，系統(tǒng)超調(diào)減小，振蕩減弱，但系統(tǒng)靜差的消除也隨之減慢；Td增大，調(diào)節(jié)
4、時(shí)間減小，快速性增強(qiáng)，系統(tǒng)振蕩減弱，穩(wěn)定性增強(qiáng)，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱7.PID調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇（3）◆在湊試時(shí)，可參考以上參數(shù)分析控制過(guò)程的影響趨勢(shì)，對(duì)參數(shù)進(jìn)行先比例，后積分，再微分的整定步驟，步驟如下：—整定比例部分—如果僅調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)器參數(shù)，系統(tǒng)的靜差還達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，則需加入積分環(huán)節(jié)—若使用比例積分器，能消除靜差，但動(dòng)態(tài)過(guò)程經(jīng)反復(fù)調(diào)整后仍達(dá)不到要求，這時(shí)可加入微分環(huán)節(jié)8.PID調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇（4）◆常見(jiàn)被控量的PID參數(shù)經(jīng)驗(yàn)選擇范圍9.PID調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇（5）實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)法確定(連續(xù))PID調(diào)節(jié)參數(shù)◆臨界比例法自平衡
5、對(duì)象,對(duì)純比例調(diào)節(jié)器，形成閉環(huán),逐漸較小比例度δ(δ=1/kr），直到系統(tǒng)發(fā)生持續(xù)等幅振蕩。紀(jì)錄發(fā)生振蕩的臨界比例度和周期δr及Tr調(diào)節(jié)器類(lèi)型KpTiTdP調(diào)節(jié)器0.5Kr//PI調(diào)節(jié)器0.45Kr0.85Tr/PID調(diào)節(jié)器0.6Kr0.5Tr0.12Tr10.PID調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇（5-2）◆臨界比例法--齊格勒—尼柯?tīng)査筞iegler-NicholsmethodfortuningPIDcontrollerscanbesummarizedasfollows:Settheintegralandderivativegainstoz
6、eroandincreasetheproportionalgainuntilthesystemjustbecomesunstable.DefinethisgaintobeKrandmeasuretheperiodofoscillation,Tr.Set(連續(xù)PID)Kp=3*Kr/5,Ki=6*Kr/(5*Tr),andKd=3*Kr*Tr/40調(diào)節(jié)器類(lèi)型KpTiTdP調(diào)節(jié)器0.5Kr//PI調(diào)節(jié)器0.45Kr0.85Tr/PID調(diào)節(jié)器0.6Kr0.5Tr0.12Tr11.PID調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇（5）實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)法確定PID調(diào)節(jié)參數(shù)
7、◆方法1:擴(kuò)充臨界比例法－對(duì)模擬調(diào)節(jié)器中使用的臨界比例度法的擴(kuò)充和推廣－整定數(shù)字控制器參數(shù)的步驟：①選擇短的采樣頻率：一般選擇被控對(duì)象純滯后時(shí)間的十分之一②去掉積分與微分作用，逐漸較小比例度δ(δ=1/kr），直到系統(tǒng)發(fā)生持續(xù)等幅振蕩。紀(jì)錄發(fā)生振蕩的臨界比例度和周期δr及Tr12.PID調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇（6）③選擇控制度—控制度的定義：以模擬調(diào)節(jié)器為基準(zhǔn)，將數(shù)字PID的控制效果與模擬調(diào)節(jié)器的控制效果相比較，采用誤差平方積分表示：—控制度的指標(biāo)含意：控制度=1.05，數(shù)字PID與模擬控制效果相當(dāng)；控制度=2.0，數(shù)字PID比模擬調(diào)
8、節(jié)器的效果差13.PID調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇（7）④根據(jù)選定的控制度，查表求得T、Kp、TI、TD的值控制度控制規(guī)律TKPTITD1.05PI0.03Tr0.53Kr0.88Tr--PID0.014Tr0.63Kr0.49Tr0.14Tr1.2PI0.05Tr0.49Kr0.91T
