臨界比例度振蕩實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(diào)節(jié)作用增強(qiáng)，但穩(wěn)定性下降（當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時，調(diào)節(jié)頻率提高、余差下降）。下圖為單純的P調(diào)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(diào)節(jié)

設(shè)定值50kpa，有余差比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)：

有差調(diào)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(dāng)積分作用過強(qiáng)時（即Ti過?。赡苁箍刂葡到y(tǒng)不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)：

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

1也是有差調(diào)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(shí)驗(yàn)控制對象為磁力驅(qū)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(dāng)P=45時，出現(xiàn)等幅振蕩如下圖設(shè)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(jì)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(diào)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(diào)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(diào)節(jié)：P=100.10（比例增益=0.00999），I=16.6PID調(diào)節(jié)：P=75.075(比例值0.01332)，I=10，D=2.4微分對壓力調(diào)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(diào)節(jié)參數(shù)的調(diào)整根據(jù)Ziegler-Nichols公式計(jì)算參數(shù)為P=100.10（比例增益0.00999），I=16.6）而實(shí)際參數(shù)是在此基礎(chǔ)上調(diào)整的：P=150.0，I=6.0，本組參數(shù)調(diào)節(jié)效果見下圖壓力控制4:1衰減響應(yīng)曲線二、改變供水管道阻力

的臨界振蕩實(shí)驗(yàn)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(shè)定值=50kpa壓力振蕩曲線P調(diào)節(jié)：PB=103PI調(diào)節(jié)：PB=114.4，Ti=15.77sPID調(diào)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(yīng)慢，但仍然振蕩。三、流量對象

的臨界比例度振蕩實(shí)驗(yàn)恒壓供水為基礎(chǔ)，設(shè)置為50kpa；P單獨(dú)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(jìn)行更精確的查找流量設(shè)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(jì)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(shí)驗(yàn)供水壓力50Kpa