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PId调节

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zhongwudadi
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发表于:2008/12/21 12:50:00
#0楼
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PID调节口诀

1.   PID常用口诀:参数整定找最佳,从小到大顺序查,先是比例后积分,最后再把微分加,曲线振荡很频繁,比例度盘要放大,曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳,曲线偏离回复慢,积分时间往下降,曲线波动周期长,积分时间再加长,曲线振荡频率快,先把微分降下来,动差大来波动慢,微分时间应加长,理想曲线两个波,前高后低4比1,

2.  一看二调多分析,调节质量不会低2.PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照:
  温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s
  压力P: P=30~70%,T=24~180s,
  液位L: P=20~80%,T=60~300s,
  流量L: P=40~100%,T=6~60s。

3.PID控制的原理和特点    

在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。PID控制,实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
 比例(P)控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。
 积分(I)控制 在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(System with Steady-state Error)。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
 微分(D)控制 在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。这就是说,在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
9783
lwcccf
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09工控人生征文
发表于:2008/12/21 13:28:00
#1楼
多谢楼主分享,学习了,不过在调试中可能还是比较麻烦,要靠实际的经验的。呵呵
希望通过论坛与各位成为朋友!
学无止境,学有所用
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siyuan3222
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发表于:2008/12/21 13:41:00
#2楼
同意楼上的
刚刚接触到PID
哎头疼啊
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jiang_0514
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发表于:2008/12/21 17:28:00
#3楼
楼主的总结很适合,但真正调试还是要有实际的工作经验才行.
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jiang_0514
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发表于:2008/12/21 17:30:00
#4楼
补充"PID调节方法"
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jiang_0514
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发表于:2008/12/21 17:32:00
#5楼
分享"PID控制培训"
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jiang_0514
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发表于:2008/12/21 17:33:00
#6楼
分享"热力系统串级控制PID 参数优化研究"
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jiang_0514
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发表于:2008/12/24 12:27:00
#7楼
基于内模PID控制的火电厂主汽温控制系统
基于内模PID控制的火电厂主汽温控制系统
于湘涛,刘红军,王晓慧,李锋
(华北电力大学动力工程系,保定071003)
   摘  要:基于内模控制理论,针对电厂主汽温被控对象的大惯性、大滞后特点,设计了内模PID串级控制系统。为了快速消除内扰,使控制过程的的持续时间较短,内回路采用比例控制;外回路采用内模控制,以有效地补偿对象的大滞后特性。对控制系统进行仿真试验,仿真结果表明设计的控制器具有良好的位置跟随性能、抗干扰性能和鲁棒性。
   关键词:内模控制;PID;串级控制;过热汽温度
1引言
   传统的PID控制器,由于其控制规律简单,参数设置亦不复杂,在过程控制中仍得到广泛的应用。但其致命的缺点是事先设定好的控制参数不能适应过程的不确定性而做出相应的调整。当系统参数变化时,由于控制参数不能随之而变化,不能对受控过程参数做出适时调整,从而使过程的品质指标恶化。Garcia和Morari在1982年提出了内模控制,这一控制的优点是能将PID控制、Smith预估控制、确定性线性二次最优反馈控制和多种预测控制等归纳在同一架构之下,内模控制设计简单、跟踪性能好、鲁棒性强、能消除不可测干扰的影响,是一种设计和分析预测控制系统的有力工具。
   大型火电厂锅护主蒸汽温度控制系统是提高电厂经济效益,保证机组安全运行的不可缺少的环节。主蒸汽温度一般可看做多容分布参数受控对象,通过其动态特性实验结果可以看出,该对象具有明显的滞后特性,因此对该对象的控制比较困难,本文结合内模控制和串级控制的优点,构成主汽温内模PID串级控制系统,使用MATLAB和SIMULINK软件进行仿真,仿真结果表明该控制器可以使系统具有很好的位置跟随性能、抗干扰性能和鲁棒性。
2控制系统的原理与设计
2.1内模控制器的设计
   内模控制的结构图如图1所示:其中G(s)为被控对象;Gm(s)为内部模型;Gc(s)为内模控制器;y、r为被控对象的输出量和输入量;d为外部不可测干扰

由图1可得到系统的闭环响应和控制器输出方程

由式(1)(2)可以得到3个基本性质:
       (1)偶稳定性;当模型匹配时,由式(1)(2)可知。系统相当于开环,IMC系统的闭环稳定性取决于前向通道的Gc(s)、G(s)。
       (2)理想控制器特性;当对象G(s)稳定且模型精确,若设计控制器 ,由式(2)可得系统的输出等于系统的输入值,实现对参考输入无偏差。
       (3)零稳态偏差特性;若闭环系统稳定,只要控制器的设计满足 则系统对于阶跃输入和扰动,稳态偏差为零。
   设计内模控制器时,通常采用两步走的方法
       (1)稳定控制器的设计:将G(s)分解为两部分:

式中G+为模型中的最小相位部分;G-为模型的全通部分,包含纯滞后和位于右半s平面的零点。
       (2)滤波器的设计:若模型失配或有干扰存在的时候,则闭环系统不一定能获得所期望的动态特性和鲁棒性,甚至有可能使闭环系统不稳定,简单而有效的办法是引入反馈滤波器

式中阶次n取决于Gf(s)的阶次以使控制器可实现,t时间常数。λ增加,响应减慢;λ减小;响应加快。
   两步设计所得的内模控制器为

2.2广义被控对象的建立
   对象模型的获取可以通过实验法和分析法获取。实验法就是对实际系统加入一定形式的输入信号,求取输出信号来建立数学模型。分析法就是根据物理、化学的一些基本定律确定系统中各变量之间关系,从而建立数学模型。一般工业对象的飞升曲线具有指数上升曲线特征,从飞升曲线求取对象近似模型的方法很多,本文采用基于阶跃响应的最小二乘方法,可根据对象的阶跃响应曲线最小偏差获得对象的近似模型。图2给出了对象模型求取方法的原理框图。

2.3主汽温内模PID串级控制系统的设计
   采用内模PID控制的过热汽温度系统的结构图3所示,图3可以等效变换为图4控制系统的单位反馈结构图。


   大机组主汽温控制对象是一个大惯性、大滞后的对象。可以采用最小二乘法辨识出对象为:

被控对象的内部模型为:

根据式(5)可得内模控制器:

从式(11)可以看出,当Gf(s)采用二阶滤波器时,单位反馈控制器可以用一个带滤波器的PI控制器来实现。实际的控制器都带有惯性环节,因而工程实现非常容易。
3控制系统仿真研究
   本文以300Mw机组主汽温为被控对象[6],在控制系统中对象模型为:

   对于单回路PID参数的整定采用响应曲线方法,并通过观察控制过程,适当修改整定参数,直到控制效果达到最佳,确定副回路调节器参数Kp=0.4。广义被控对象模型的建立,采用基于阶跃响应的最小二乘方法,可根据对象的阶跃响应曲线、最小偏差获得对象的近似模型。根据文献[4]的方法可以辨识出广义被控对象的模型:

根据所选仿真系统的抗干扰特性和系统的跟随特性,确定据系统的性能指标定λ1,用响应曲线方法确定串级控制系统的主调节器的Kp=1/3.9 Ti=90s。对主汽温系统给定值加单位阶跃扰动,图5给出了IMC—PID、和串级PID控制的响应曲线。

   从图5中可以看到串级PID的上升时间较快,但是调整时间长,并且存在超调;而IMC-PID的超调最小,调整时间也最短,由此可得本文设计的IMC-PID的效果好。当扰动d作阶跃变化时,输出变量的内应曲线如图6所示。

   从图6可以看到二自由度PID控制器受扰动影响较小,且调整时间短因此设计的控制器有较强的抗干扰的能力,即鲁棒性好。
4结论
   根据内模控制的原理,针对电厂过热汽温度系统设计了内模PID控制器,理论推导和仿真结果表明该控制器具有良好的位置跟随性能、抗干扰性能和鲁棒性。能够较好地满足了工程控制要求,对更好的研究不确定大迟延对象的控制有一定的意义。
参考文献:
[1]侯国莲,张国梁,刘禾.采用分级方案设计100MW母管制锅炉汽温自动控制系统[J].中国电力,1997,30(1):45-48
[2]张玉铎,王满稼.热工自动控制系统[M].北京:水利电力出版社,1984.71-79
[3]刘开培,郑世喜,陈华.基于Taylor展开的纯滞后系统增益自适应内模PID控制[J].电气自动化报,2002,24(1).4-6
[4]赵文杰,刘吉臻,金秀章,等.时滞工业对象的一种建模及控制方法[J].华北电力大学学报,2002,(3):59-63
[5]舒迪前.预测控制系统及其应用[M].北京:机械工业出版社,1996:7-51
[6]马平,朱燕飞,牛征.基于神经网络的主汽温控制系统[J].华北电力大学学报,2001,(2):52-55
3700
jiang_0514
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发表于:2008/12/24 12:29:00
#8楼
过程控制工程课程设计指导书[分享]
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jiang_0514
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#9楼
PID 温度控制 SIMATIC
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