由入门到精通吃透PID20版原创连载Word格式.docx
- 文档编号:15849084
- 上传时间:2022-11-16
- 格式:DOCX
- 页数:44
- 大小:211.85KB
由入门到精通吃透PID20版原创连载Word格式.docx
《由入门到精通吃透PID20版原创连载Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《由入门到精通吃透PID20版原创连载Word格式.docx(44页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
上一章简单介绍了自动调节的发展历程。
搞自动的人,许多人对如何整定PID参数感到比较迷茫。
课本上说:
整定参数的方法有理论计算法和经验试凑法两种。
理论计算法需要大量的计算,对于初学者和数学底子薄弱的人会望而却步,并且计算效果还需要进一步的修改整定,至今还有人在研究理论确认调节参数地方法。
所以,在实际应用过程中,理论计算法比较少。
经验试凑法最广为人知的就是第一章提到的整定口诀了。
该方法提供了一个大致整定的方向形性思路。
当时整定参数,需要两只眼睛盯着数据看,不断地思考琢磨。
上世纪90年代的时候,我就曾经面对着I型和II型仪表,就这么琢磨。
如果是调节周期长的系统,比如汽温控制,需要耗费大量的时间。
科学发展到了今天,DCS应用极其普遍,趋势图收集极其方便。
对于单个仪表,也大都有趋势显示功能。
所以,我们完全可以借助趋势图功能,进行参数整定。
我们可以依靠分析比例、积分、微分的基本性质,判读趋势图中,比例、积分、微分的基本曲线特征,从而对PID参数进行整定。
这个方法虽然基本等同于经验试凑法,但是它又比传统的经验试凑法更快速更直观的,更容易整定。
因而,我把这种依靠对趋势图的判读,整定参数的办法,称之为:
趋势读定法。
趋势读定法三要素:
设定值、被调量、输出。
三个曲线缺一不可。
串级系统参照这个执行。
这个所谓的趋势读定法,其实早就被广大的自动维护人员所掌握,只是有些人的思考还不够深入,方法还不够纯熟。
这里我把它总结起来,大家一起思考。
这个东西看着新鲜,其实一点都不高深,上过初中的人,只要受过严格训练,都可以成为整定参数的好手。
什么?
初中生理解积分微分的原理么?
恩,初中生没有学过微积分,可是一旦你给他讲清楚微积分的物理意义,然后认真训练判断曲线的习惯和能力,完全可以掌握好PID的参数整定。
苦功夫还要花的。
必须要经过比较严格的训练。
怎么才算受过严格训练呢?
我不了解别人是怎么训练的,我只根据我自己理解的情况,把我认为正确的理解给大家讲述一下。
咱既然说了,初中生都可以理解,那么咱依旧避免繁琐的公式推导,只对其进行物理意义分析。
提前声明:
这些物理意义的分析,非常简单,非常容易掌握,但是你必须要把下面一些推导结论的描述弄熟弄透,然后才能够进行参数整定。
很简单的哦。
在介绍PID参数整定之前,先介绍几个基本概念:
2-1几个基本概念
●单回路:
就是只有一个PID的调节系统。
●串级:
一个PID不够用怎么办?
把两个PID串接起来,形成一个串级调节系统。
又叫双回路调节系统。
在第三章里面,咱们还会更详细的讲解串级调节系统。
在此先不作过多介绍。
●主调:
串级系统中,要调节被调量的那个PID叫做主调。
●副调:
串级系统中,输出直接去指挥执行器动作的那个PID叫做副调。
主调的输出进入副调作为副调的设定值。
一般来说,主调为了调节被调量,副调为了消除干扰。
●正作用:
比方说一个水池有一个进水口和一个出水口,进水量固定不变,依靠调节出水口的水量调节水池水位。
那么水位如果高了,就需要调节出水量增大,对于PID调节器来说,输出随着被调量增高而增高,降低而降低的作用,叫做正作用。
●负作用:
还是这个水池,我们把出水量固定不变,而依靠调节进水量来调节水池水位。
那么如果水池水位增高,就需要关小进水量。
对于PID调节器来说,输出随着被调量的增高而降低的作用叫做负作用。
●动态偏差:
在调节过程中,被调量和设定值之间的偏差随时改变,任意时刻两者之间的偏差叫做动态偏差。
简称动差。
●静态偏差:
调解趋于稳定之后,被调量和设定值之间还存在的偏差叫做静态偏差。
简称静差。
●回调:
调节器调节作用显现,使得被调量开始由上升变为下降,或者由下降变为上升。
●阶跃:
被观察的曲线呈垂直上升或者下降,这种情况在异常情况下是存在的,比如人为修改数值,或者短路开路。
2-2
P纯比例作用趋势图的特征分析
前面说过,所谓的P,就是比例作用,就是把调节器的输入偏差乘以一个系数,作为调节器的输出。
温习一下:
调节器的输入偏差就是被调量减去设定值的差值。
一般来说,设定值不会经常改变,那就是说:
当设定值不变的时候,调节器的输出只与被调量的波动有关。
那么我们可以基本上得出如下一个概念性公式:
输出波动=被调量波动*比例增益(注:
当设定值不变)
注意,这只是一个概念性公式,而不是真正的计算公式。
咱们弄个概念性公式的目的在于:
像你我这样的聪明人,不屑于把精力用在考证那些繁琐的公式上面,我们关注什么呢?
我们关注的是公式内部的深层含义。
呵呵。
我们就来努力挖掘它的深层含义。
通过概念性公式,我们可以得到如下结论,对于一个单回路调节系统,单纯的比例作用下:
输出的波形与被调量的波形完全相似。
纯比例作用的曲线判断其实就这么一个标准。
一句话简述:
被调量变化多少,输出乘以比例系数的积就变化多少。
或者说:
被调量与输出的波形完全相似
为了让大家更深刻理解这个标准,咱们弄几个输出曲线和被调量曲线的推论:
1)对于正作用的调节系统,顶点、谷底均发生在同一时刻。
2)对于负作用的调节系统,被调量的顶点就是输出的谷底,谷底就是输出的顶点。
3)对于正作用的调节系统,被调量的曲线上升,输出曲线就上升;
被调量曲线下降,输出曲线就下降。
两者趋势完全一样。
4)对于负作用的调节系统,被调量曲线和输出曲线相对。
波动周期完全一致。
5)只要被调量变化,输出就变化;
被调量不变化,不管静态偏差有多大,输出也不会变化。
上面5条推论很重要,请大家牢牢记住。
记住不记住其实没有关系,只要你能把它溶化在你的思想里也行。
溶化了么?
那我出几个思考题:
1)被调量回调的时候,输出必然回调么?
2)被调量不动,设定值改变,输出怎么办?
3)存在单纯的比例调节系统么?
4)纯比例调节系统会消除静差么?
第一条回答:
是。
第二条回答:
相当于被调量朝相反方向改变。
你想啊,调节器的输出等于输入偏差乘以一个系数,设定值改变就相当于设定值不变被调量突变,对吧。
第三条回答:
在电脑出现之前,还没有DCS,也没有集中控制系统。
为了节省空间和金钱,对于一些最简单的有自平衡能力的调节系统,比如水池水位,就用一个单纯的比例调节系统完成调节。
第四条回答:
否。
单纯的比例调节系统可以让系统稳定,可是他没有办法消除静态偏差。
那么怎么才能消除静态偏差呢?
依靠积分调节作用。
为了便于理解,咱们把趋势图画出来分析。
见图2:
比例作用下的调节曲线。
图中,假设被调量偏高时,调门应关小,即PID为负作用。
在定值有一阶跃扰动时,调节器输入偏差为-△e。
此时Tout也应有一阶跃量△e·
(1/δ),然后被调量不变。
经过一个滞后期t2,被调量开始响应Tout。
因为被调量增加,Tout也开始降低。
一直到t4时刻,被调量开始回复时,Tout才开始升高。
两曲线虽然波动相反,但是图形如果反转,就可以看出是相似形。
2-3
I纯积分作用趋势图的特征分析
I就是积分作用。
如果调节器的输如偏差不等于零,就让调节器的输出按照一定的速度一直朝一个方向累加下去。
积分相当于一个斜率发生器。
启动这个发生器的前提是调节器的输如偏差不等于零,斜率的大小与两个参数有关:
输入偏差的大小、积分时间。
在许多调节系统中,规定单纯的比例作用是不存在的。
它必须要和比例作用配合在一起使用才有意义。
我不知道是不是所有的系统都有这么一个规定,之所以说是个规定,是因为,从原理上讲,纯积分作用可以存在,但是很可能没有实用意义。
这里不作过分的空想和假设。
为了分析方便,咱们把积分作用剥离开来,对其作单纯的分析。
那么单纯积分作用的特性总结如下:
1)输出的升降与被调量的升降无关,与输入偏差的正负有关。
2)输出的升降与被调量的大小无关。
3)输出的斜率与被调量的大小有关。
4)被调量不管怎么变化,输出始终不会出现节跃扰动。
5)被调量达到顶点的时候,输出的变化趋势不变,速率开始减缓。
6)输出曲线达到顶点的时候,必然是输入偏差等于零的时候。
看到了么?
纯积分作用的性质很特别。
你能根据一个被调量波动波形,画出输出波形么?
如果你能画正确,那说明你真正掌握了。
好了,来点枯燥的看图题:
积分作用下,输入偏差变化的响应曲线与比例作用有很大的不同。
假设被调量偏高时调门应关小,在定值有一个阶跃扰动时,输出不会作阶跃变化,而是以较高的速率开始升高。
如图3:
积分作用下的调节曲线,因输出的响应较比例作用不明显,故被调量开始变化的时刻t2,较比例作用缓慢。
在t1到t2的时间内,因为被调量不变,即输入偏差不变,所以输出以不变的速率上升,即呈线性上升。
调节器的输出缓慢改变,导致被调量逐渐受到影响而改变。
在t2时刻,被调量开始变化时,输入偏差逐渐减小,输出的速率开始降低。
到t3时刻,偏差为0时,输出不变,输出曲线为水平。
然后偏差开始为正时,输出才开始降低。
到t4时刻,被调量达到顶点开始回复,但是因偏差仍旧为正,故输出继续降低只是速率开始减缓。
直到t5时刻,偏差为0时,输出才重新升高。
一般来说,积分作用容易被初学者重视,重视是对的,因为它可以消除静态偏差。
可是重视过头了,就会形成积分干扰。
先不说怎么判断,能认识图形是最重要的。
2-4
D纯微分作用趋势图的特征分析
D就是微分作用。
单纯的微分作用是不存在的。
同积分作用一样,我们之所以要把微分作用单独隔离开来讲,就是为了理解的方便。
被调量不动,输出不动;
被调量一动,输出马上跳。
图4:
纯微分作用的阶跃反应曲线
根据微分作用的特点,咱们可以得出如下曲线的推论:
1)微分作用与被调量的大小无关,与被调量的变化速率有关;
2)与被调量的正负无关,与被调量的变化趋势有关;
3)如果被调量有一个阶跃,就相当于输入变化的速度无穷大,那么输出会直接到最小或者最大;
4)微分参数有的是一个,用微分时间表示。
有的分为两个:
微分增益和微分时间。
微分增益表示输出波动的幅度,波动后还要输出回归,微分时间表示回归的快慢。
见图,KD是微分增益,TD是微分时间。
5)由第4条得出推论:
波动调节之后,输出还会自动拐回头。
都说微分作用能够超前调节。
可是微分作用到底是怎样超前调节的?
一些人会忽略这个问题。
合理搭配微分增益和微分时间,会起到让你起初意想不到的效果。
比例积分微分三个作用各有各的特点。
这个必须要区分清楚。
●比例作用:
输出与输入曲线相似。
●积分作用:
只要输入有偏差输出就变化。
●微分作用:
输入有抖动输出才变化,且会猛变化。
2-5比例积分作用的特征曲线分析
彻底搞清楚PID的特征曲线分析后,我们再把PID组合起来进行分析。
大家作了这么久的枯燥分析,越来越接近实质性的分析了。
比例积分作用,就是在被调量波动的时候,纯比例和纯积分作用的叠加,简单的叠加。
普通的维护工程师最容易犯的毛病,就是难以区分波动曲线中,哪些因素是比例作用造成的,哪些因素是积分作用造成的。
要练就辨别的功夫,咱还是要费些枯燥的时间,辨认些图吧。
友情提示:
这么枯燥的看图说话,可能是最后第二个了。
胜利在望啊朋友们。
如图5,定值有阶跃扰动时,比例作用使输出曲线
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 入门 精通 吃透 PID20 原创 连载