PID 1.25Ks 0.3Ts 0.1Ts
经验法就是先确定调节器一个参数值,在通过改变给定值对控制系统加入干扰因素,通过观察系统控制曲线的形状,如果系统反应曲线不理想在改变既定的参数值。通过反复的调试,直到满足控制系统要求。对于PID控制器,需要在调试好比例积分环节以后在加入微分控制环节。微分环节可以有效抑制变差,可用在确定一个微分环节以后,在将确定的比例积分环节的值减小在进行调试,直到三个控制环节都最理想为止。
在实际调试中,只能先大致设定一个经验值,然后根据调节效果修改。
对于温度系统:P(%)20--60,I(分)3--10,D(分)0.5--3
对于流量系统:P(%)40--100,I(分)0.1--1
对于压力系统:P(%)30--70,I(分)0.4--3
对于液位系统:P(%)20--80,I(分)1--5
根据PID整定方法,本文采用衰减曲线法对PID控制器三个参数进行整定。先调节比例环节,在比例环节达到理想状态下。将比例系数取定值,在分别对积分换节和微分环节进行进一步的调试,直到系统达到理想的状态,也可以适当取小点,等在积分和微分环节定下后,在取合适值进行调试。同时对系统的回路进行整定。将主回路断开,副回路为比例条件下,调节比例系数Kp1,使得Kp1逐渐变大。系统的结构图如图6以及整定仿真图如图7,8,9,10所示。
由PID控制器特点可知,比例控制Kp加大使系统的动作灵敏速度加快Kp偏大振荡次数加多调节时间加长。对稳态性能的影响,加大比例控制Kp在系统稳定的情况下可以减小稳态误差ess,提高控制精度但是加大Kp只是减少ess,却不能完全消除稳态误差。由仿真结果可知道:当比例环节取不同的值时,系统的超调量和稳定情况不同。当Kp1=2时,系统的超调很小,Kp1=4时出现超调量,当Kp1=16时候出现震荡,Kp1=20时候震荡严重。
图6系统结构原理图
图7
如图7所示,当比例系数Kp1=2时,系统的超调量很小。在逐渐增加Kp1的值,系统超调量会增加。但是,Kp1值不易过大,否则会影响系统的稳定性。
图8
如图8所示,当比例系数Kp1=4,系统的超调量开始出现,当逐渐增大比例系数Kp1时超调量逐渐增大,当增大到一定的数值时,系统将出现震荡现象,系统不稳定。
图9
如图9所示,当Kp1=16,开始出现震荡,系统开始不稳定。
图10
如图10所示,当Kp1=20时,系统震荡严重,系统不稳定。
系统主回路的整定是在保持副回路的比例系数Kp1为10不变的情况下,将主环路断开,接好主回路并对系统回路进行整定,系统主回路图如图11所示。
图11 系统的主回路图
对系统进行整定,先调节比例环节,逐渐增大主回路的比例系统Kp,可以用试验法反复调试比例系数直到控制效果达到理想状态,也可以用衰减曲线法。本文中衰减比达到4比1的比例系数为12,主回路整定仿真波形如图12所示。
图12 系统比例控制的单位阶跃响应曲线
再加入积分环节,在比例环节一定的情况下,取不同的Ki值,进行调节当Kp=12时,在T1=10时出现第一峰值的时间为1.55,在T2=28出现第二次高峰值为1.15,曲线的稳定值为1,可以得出衰减度等于4:1。Ts=T2-T1=18,根据控制器参数经验公式计算得Ki=0.07。由比较可知,当Ki逐渐减小,振荡减小,调节时间减小。但是积分不能过小,会影响系统的稳态误差,减小系统的控制精度。当积分环节为0.2时系统的稳定最好,超调量较小。在进行积分环节调试,加入积分环节以后,对系统的仿真图如图13,14,15,16,所示。 PID加热炉温度控制器设计+仿真图+回路图(8):http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_1836.html