臨界比例度振蕩實驗和參數(shù)整定201210

4.3PID控制器的選取與整定——臨界比例度法整定PID參數(shù)李林陽、陳國安實驗成果分享比例控制器比例增益對控制性能的影響控制器增益Kc對系統(tǒng)性能的影響：增益Kc增大，系統(tǒng)的調節(jié)作用增強，但穩(wěn)定性下降（當系統(tǒng)穩(wěn)定時，調節(jié)頻率提高、余差下降）。下圖為單純的P調節(jié)曲線，逐漸增大比例增益（即減小比例度），曲線能穩(wěn)定但是有余差，P=300，P=250，P=200，P=150，P=100比例度依次減小，余差也減小，（接著減小比例度曲線開始出現(xiàn)振蕩）單純的P調節(jié)

設定值50kpa，有余差比例調節(jié)的特點：

有差調節(jié)積分作用對控制性能的影響積分時間Ti對系統(tǒng)性能的影響

引入積分作用可以消除穩(wěn)態(tài)余差，但控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。當積分作用過強時（即Ti過?。?，可能使控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分調節(jié)的特點：

無差調節(jié)滯后作用微分作用對控制性能的影響微分調節(jié)的特點：

1也是有差調節(jié)

2超前作用

3抑制偏差變化，使被控變量平緩PID控制器一、水泵供水壓力

臨界比例度振蕩實驗控制對象為磁力驅動泵，控制變量為出水壓力控制器為AI818，輸出周期CTL=5查找等幅振蕩情況下的比例度P參數(shù)值，依次減小P比例度P=48時，壓力振蕩曲線如下，但曲線上下不對稱接著減小P值，P=47(第一個峰值)P=46(后兩個峰值)當P=45時，出現(xiàn)等幅振蕩如下圖設定值50kpa振蕩曲線波峰值93.63kpa振蕩曲線波谷值6.74kpa。振蕩波形的周期Pu=20s此時的臨界比例增益Kcmax=1/45=0.0222接著減小P，P=45(第一個震蕩)P=44（后兩個震蕩）下面是Ziegler-Nichols公式

根據(jù)臨界增益可以分別計算出P、PI、PID控制下的參數(shù)值

控制規(guī)律

Kc

Ti

Td

P

0.5Kcmax

PI

0.45Kcmax

0.83Pu

PID

0.6Kcmax

0.5Pu

0.12PuP調節(jié)比例增益為：1/2*Kcmax=1/2*0.022=0.011，所以比例度P=1/0.011=90.09P調節(jié)：下圖是從中間過程抓屏曲線，所以沒有上升過程曲線。PI調節(jié)：P=100.10（比例增益=0.00999），I=16.6PID調節(jié)：P=75.075(比例值0.01332)，I=10，D=2.4微分對壓力調節(jié)的影響加上微分后控制效果反而出現(xiàn)振蕩，為什么？微分作用Ud=Td*de/dt,微分作用在高頻下有較大的振幅比。如果測量值含有很大的噪聲，由于微分作用對高頻噪聲起到放大作用，因此存在高頻噪聲的地方不宜用微分。壓力對象的波動和測量噪聲比較多，所以壓力控制不宜用微分PI調節(jié)參數(shù)的調整根據(jù)Ziegler-Nichols公式計算參數(shù)為P=100.10（比例增益0.00999），I=16.6）而實際參數(shù)是在此基礎上調整的：P=150.0，I=6.0，本組參數(shù)調節(jié)效果見下圖壓力控制4:1衰減響應曲線二、改變供水管道阻力

的臨界振蕩實驗閥門FV102開度從100%變?yōu)?0%下面臨界振蕩的比例度P=51.5，所以Kcmax=0.0194臨界振蕩周期Pu=19s,設定值=50kpa壓力振蕩曲線P調節(jié)：PB=103PI調節(jié)：PB=114.4，Ti=15.77sPID調節(jié)：PB=85.8，Ti=9.5,Td=2.28,濾波系數(shù)DL=3，效果差！濾波系數(shù)DL=20，加大濾波作用，測量值越穩(wěn)定，響應慢，但仍然振蕩。三、流量對象

的臨界比例度振蕩實驗恒壓供水為基礎，設置為50kpa；P單獨作用等幅振蕩曲線的查找，先把P作用從小到大每次增加0.1，大致找出臨界震蕩的P參數(shù)的范圍，確定范圍之后再把P從小到大每次增加0.02進行更精確的查找流量設定值500(L/h)，波峰值543，波谷值558控制周期0.5s比例增益Kcmax=0.165Pu=13s根據(jù)Ziegler-Nichols公式計算參數(shù)為P控制P=0.0825PI控制P=0.07425I=10.79PID控制P=0.099I=6.5Td=1.56四、液位對象

的臨界比例度振蕩實驗供水壓力50Kpa