電子發(fā)燒友App
實(shí)驗(yàn)? PID的參數(shù)整定及參數(shù)變化對系統(tǒng)的影響綜合實(shí)驗(yàn)
一、?實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br>1、?掌握PID各校正環(huán)節(jié)的作用
2、?確定給定的系統(tǒng)PID的初始參數(shù)
3、?通過實(shí)驗(yàn)了解PID參數(shù)的變化對系統(tǒng)的影響
二、?實(shí)驗(yàn)原理
（一）PID調(diào)節(jié)器的輸入輸出關(guān)系：
?
式中：
?為調(diào)節(jié)器的輸出；?? 為誤差輸入； 為比例增益；
?為積分時(shí)間； 為微分時(shí)間
（二）PID各校正環(huán)節(jié)的作用
在模擬系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器最常用的調(diào)節(jié)規(guī)律是PID調(diào)節(jié)。常規(guī)PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般由PID調(diào)節(jié)器和被控對象組成，其原理圖如下：
PID調(diào)節(jié)是線性控制，將偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）通過線性組合構(gòu)成調(diào)節(jié)量，對被控對象進(jìn)行控制。
PID調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：
1、?比例環(huán)節(jié)： 及時(shí)成比例地反映調(diào)節(jié)系統(tǒng)的偏差信號，偏差一產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，以減少偏差。
2、?積分環(huán)節(jié)：主要是為了消除系統(tǒng)的余差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。
3、?微分環(huán)節(jié)：能反映偏差信號的變化趨勢，并能在偏差信號變得太大之前，引入一個(gè)有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。
（三）PID參數(shù)的變化對系統(tǒng)的影響
???? 一般情況下，PID調(diào)節(jié)器本著穩(wěn)、準(zhǔn)、快的控制原則須對三個(gè)參數(shù)進(jìn)行初始設(shè)定，同時(shí)考慮對象特性的多樣性，控制指標(biāo)的不同進(jìn)行整定、優(yōu)化才能取得滿意效果。
在PID調(diào)節(jié)參數(shù)中，比例系數(shù)KP增大，會(huì)使調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作靈敏，運(yùn)行速度加快。缺點(diǎn)是存在靜差。在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，增大KP值，有利于減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。但隨著KP增大，系統(tǒng)響應(yīng)過程中的振蕩次數(shù)會(huì)增多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長。當(dāng)KP值太大時(shí)，系統(tǒng)將趨于不穩(wěn)定；若太小，會(huì)減低系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
引入積分的目的是為了消除靜差，提高精度。但積分時(shí)間TI太小，在過程的啟動(dòng)、結(jié)束或大幅度增減設(shè)定值時(shí)，短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)輸出有很大的偏差，會(huì)造成PID運(yùn)算的積分積累，致使控制量超出極限控制量，最終引起系統(tǒng)較大的超調(diào)，甚至造成系統(tǒng)振蕩。積分時(shí)間TI太大時(shí)，積分作用對系統(tǒng)的性能影響減小，不利于消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，難以獲得較高的控制精度。
微分環(huán)節(jié)的引入，改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，對干擾特別敏感。但微分時(shí)間TD偏大或偏小時(shí)，都會(huì)使超調(diào)量增大，調(diào)節(jié)時(shí)間加長。
（四）PID參數(shù)確定的方法
在選擇了調(diào)節(jié)規(guī)律及相應(yīng)的調(diào)節(jié)器后，就要進(jìn)行PID初始參數(shù)的確定。常采用的方法有臨界比例度法（又稱穩(wěn)定邊界法）、反應(yīng)曲線法、衰減曲線法、儀表參數(shù)自整定法。
1、?臨界比例度法：
調(diào)節(jié)規(guī)律采用純比例，不斷增加K，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)作等幅振蕩（即達(dá)到穩(wěn)定邊界）時(shí)，測量出比例放大系數(shù)Km或臨界比例度Pm以及振蕩周期Tm，然后，按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出初始參數(shù)。
臨界比例度法的調(diào)節(jié)器經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表
?
|
調(diào)節(jié)規(guī)律 |
P（%） |
TI |
TD |
|
P |
2Pm |
? |
? |
|
PI |
2.2 Pm |
0.85Tm |
? |
|
PID |
1.7 Pm |
0.5Tm |
0.13 Tm |
2、?反應(yīng)曲線法：
反應(yīng)曲線法：要確定調(diào)節(jié)器的參數(shù)應(yīng)先測定對象的動(dòng)態(tài)特性，即對象輸入量作單位階躍變化時(shí)被調(diào)量的反應(yīng)曲線，即飛升曲線。根據(jù)飛升曲線可得到等效滯后時(shí)間τ、等效時(shí)間常數(shù)T、廣義對象的放大系數(shù)K。再按下表經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出初始參數(shù)。
反應(yīng)曲線法的調(diào)節(jié)器經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表
?
|
調(diào)節(jié)規(guī)律 |
P（%） |
TI |
TD |
|
P |
Kτ/T |
? |
? |
|
PI |
1.1 Kτ/T |
3.3τ |
? |
|
PID |
0.85Kτ/T |
2τ |
0.5τ |
3、?衰減曲線法：
衰減曲線法：是參數(shù)整定要求達(dá)到衰減率為0.75的過程。先把調(diào)節(jié)規(guī)律采用純比例（TI =∞，TD =0），觀察調(diào)節(jié)過程的衰減比，通過改變比例度，使衰減比達(dá)到規(guī)定的0.75為止。記下此時(shí)的比例度PS和周期TS。然后，按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出初始參數(shù)。
衰減曲線法的調(diào)節(jié)器經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表
?
|
調(diào)節(jié)規(guī)律 |
P（%） |
TI |
TD |
|
P |
PS |
? |
? |
|
PI |
1.2PS |
0.85TS |
? |
|
PID |
0.8PS |
0.3TS |
0.1TS |
?
4、?儀表參數(shù)自整定法：
現(xiàn)在許多儀表都帶有自整定功能，利用此功能可以方便的整定出，PID參數(shù)。但是不是所有都會(huì)滿足需要，有時(shí)可以在此基礎(chǔ)上做修改，從而達(dá)到最佳效果。
三、?實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：
1、?通過臨界比例度法確定PID參數(shù)：
1、將流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)規(guī)律社為純比例，不斷增加K，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)（流量）作等幅振蕩（即達(dá)到穩(wěn)定邊界）。記錄此時(shí)的比例度P和振蕩周期Tm。
2、在給SDC31調(diào)節(jié)器通電在基本顯示狀態(tài)下，同時(shí)按ENT鍵和○▲鍵3秒；按○▼ 鍵顯示PID；按ENT鍵顯示P讀取比例度讀數(shù)；按ENT鍵，進(jìn)入比例度的設(shè)置 ；按鍵○▲鍵修改比例度到合適的值。按ENT鍵，確定。
3、按DISP鍵退出設(shè)置。運(yùn)行系統(tǒng)，觀察曲線。
?
|
臨界比例度法確定PID參數(shù) | |||
|
臨界比例度P |
? |
振蕩周期Tm |
? |
|
調(diào)節(jié)規(guī)律 |
P（%） |
TI |
TD |
|
P |
? |
? |
? |
|
PI |
? |
? |
? |
|
PID |
? |
? |
? |
2、儀表參數(shù)自整定確定PID參數(shù)：
先給SDC31調(diào)節(jié)器的供電，在AUTO和RUN下，啟動(dòng)自整定功能。
（1、）進(jìn)入基本顯示狀態(tài)，按DISP鍵。
（2、）進(jìn)入At(自整定)顯示，按MODE鍵多次，直到顯示At顯示，再按ENT鍵。
（3、）改變設(shè)定值：按○▲鍵使0變?yōu)?.
（4、）確定改變設(shè)定值：按ENT鍵；At LED燈開始閃動(dòng)，自整定功能啟動(dòng)；
（5、）恢復(fù)基本顯示狀態(tài)： 按DISP鍵，當(dāng)自整定完成后，At LED燈熄滅。PID參數(shù)自動(dòng)地寫入儀表中。
（6、）讀取PID參數(shù)。同時(shí)按ENT鍵和○▲鍵3秒；按○▼ 鍵顯示PID；按ENT鍵顯示P讀取比例度讀數(shù)；按○▼ 鍵顯示I,讀取讀數(shù)；按○▼ 鍵顯示D,讀取讀數(shù)，填入相應(yīng)表格。
?
|
自整定法確定PID參數(shù) | |
|
比例度 |
? |
|
積分時(shí)間 |
? |
|
微分時(shí)間 |
? |
3、純比例和比例積分條件下的PID控制
運(yùn)行流量控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)規(guī)律采用純比例。將上面整定的比例度輸入到調(diào)節(jié)器，稍作修改。待系統(tǒng)穩(wěn)定，記錄比例度以及余差量。再加積分加入，使余差消除。并記錄此時(shí)的積分時(shí)間。
?
|
純比例和比例積分條件下的PID控制 | |
|
比例度 |
? |
|
余差 |
? |
|
積分時(shí)間 |
? |
四、?問題與解答：
1、?已知某比例式氣動(dòng)調(diào)節(jié)器量程為100～200℃，當(dāng)指針從140℃變化到160℃時(shí)，輸出從0.5㎏/㎝2變到0.7㎏/㎝2，輸出范圍為0～1㎏/㎝2求比例度δ；若儀表的量程和輸入變化量維持不變，問比例度為多少時(shí)，輸出作全范圍變化？
2、?當(dāng)調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號e的波形如圖所示變化周期等于積分時(shí)間，比例度為50%，分別畫出調(diào)節(jié)器的比例、積分、比例微分輸出的波形。
3、?試說明下列情況下，調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用是增強(qiáng)還是減弱？比例微分調(diào)節(jié)器，保持比例度不變，微分時(shí)間由15秒上升到30秒。比例積分調(diào)節(jié)器，保持積分時(shí)間不變，比例度由20%上升到40%。
工商網(wǎng)監(jiān)
評論