PID资料pid教程pid参数pid调试PID整定PID设定值概要.docx
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需注意有些信息丢失了。
帖子包含一个PID调节器的演示程序,可用来了解PID参数对系统调节的影响。
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PID,pid参数,PID整定,比例增益,积分增益,微分增益,积分时间,微分时间,比例带,PID公式,PID调试,etc以下内容摘自网上网友帖子或者论文========================================================================================================一般是这样子调节:
先逐渐增大P增益,调到振荡发生前的最大值,再逐渐减小I增益,调节到振荡发生前的最大值,最后逐渐增大D增益,调节到振荡发生前的最大值。
===================================================================================1.PID调节器的适用范围PID调节控制是一个传统控制方法,它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有现场,不同的现场,仅仅是PID参数应设置不同,只要参数设置得当均可以达到很好的效果。
均可以达到0.1%,甚至更高的控制要求。
2.PID参数的意义和作用指标分析P、I、D:
y=yP+yi+yd2.1.P参数设置名称:
比例带参数,单位为(%。
比例作用定义:
比例作用控制输出的大小与误差的大小成正比,当误差占量程的百分比达到P值时,比例作用的输出=100%,这P就定义为比例带参数。
即yp=×100%=×100%=Kp·Err(1(其中:
yP=KP·Δ、Δ=SP-PV,取0-100%)KP=1/(FS·P)也可以理解成,当误差达到量程乘以P(%时,比例作用的输出达100%。
例:
对于量程为0-1300℃的温控系统,当P设置为10%时,FS乘以P等于130℃,说明当误差达到130℃时,比例作用的输出等于100%,误差每变化1℃,比例作用输出变化0.79%,若需加大比例作用的调节能力,则需把P参数设置小些,或把量程设置小些。
具体多少可依据上述方法进行定量计算。
P=输出全开值/FS·100%P参数越小比例作用越强,动态响应越快,消除误差的能力越强。
但实际系统是有惯性的,控制输出变化后,实际PV值变化还需等待一段时间才会缓慢变化。
由于实际系统是有惯性的,比例作用不宜太强,比例作用太强会引起系统振荡不稳定。
P参数的大小应在以上定量计算的基础上根据系统响应情况,现场调试决定,通常将P参数由大向小调,以能达到最快响应又无超调(或无大的超调为最佳参数。
2.2.I参数设置名称:
积分时间,单位为秒。
积分作用定义:
对某一恒定的误差进行积分,令其积分“I”秒后,其积分输出应与比例作用等同,这I就定义为积分时间。
即:
Ki∫IOErrdt=Ki·I·Err=Kp·E
rr(2Ki=Kp/I(3yi=Ki∫toErr(tdt(4为什么要引进积分作用呢?
前面已经分析过,比例作用的输出与误差的大小成正比,误差越大,输出越大,误差越小,输出越小,误差为零,输出为零。
由于没有误差时输出为零,因此比例调节不可能完全消除误差,不可能使被控的PV值达到给定值。
必须存在一个稳定的误差,以维持一个稳定的输出,才能使系统的PV值保持稳定。
这就是通常所说的比例作用是有差调节,是有静差的,加强比例作用只能减少静差,不能消除静差(静差:
即静态误差,也称稳态误差。
为了消除静差必须引入积分作用,积分作用可以消除静差,以使被控的PV值最后与给定值一致。
引进积分作用的目的也就是为了消除静差,使PV值达到给定值,并保持一致。
积分作用消除静差的原理是,只要有误差存在,就对误差进行积分,使输出继续增大或减小,一直到误差为零,积分停止,输出不再变化,系统的PV值保持稳定,PV值等于SP值,达到无差调节的效果。
但由于实际系统是有惯性的,输出变化后,PV值不会马上变化,须等待一段时间才缓慢变化,因此积分的快慢必须与实际系统的惯性相匹配,惯性大、积分作用就应该弱,积分时间I就应该大些,反之而然。
如果积分作用太强,积分输出变化过快,就会引起积分过头的现象,产生积分超调和振荡。
通常I参数也是由大往小调,即积分作用由小往大调,观察系统响应以能达到快速消除误差,达到给定值,又不引起振荡为准。
3.D参数设置名称:
微分时间,单位为秒定义:
D是指微分作用的持续时间,是指从微分作用产生时刻起到微分作用衰减到零(接近零所花的时间。
如下图所示。
为什么要引进微分作用呢?
前面已经分析过,不论比例调节作用,还是积分调节作用都是建立在产生误差后才进行调节以消除误差,都是事后调节,因此这种调节对稳态来说是无差的,对动态来说肯定是有差的,因为对于负载变化或给定值变化所产生的扰动,必须等待产生误差以后,然后再来慢慢调节予以消除。
但一般的控制系统,不仅对稳定控制有要求,而且对动态指标也有要求,通常都要求负载变化或给定调整等引起扰动后,恢复到稳态的速度要快,因此光有比例和积分调节作用还不能完全满足要求,必须引入微分作用。
比例作用和积分作用是事后调节(即发生误差后才进行调节,而微分作用则是事前预防控制,即一发现PV有变大或变小的趋势,马上就输出一个阻止其变化的控制信号,以防止出现过冲或超调等。
D越大,微分作
用越强,D越小,微分作用越弱。
系统调试时通常把D从小往大调,具体参数由试验决定。
如:
由于给定值调整或负载扰动引起PV变化,比例作用和微分作用一定等到PV值变化后才进行调节,并且误差小时,产生的比例和积分调节作用也小,纠正误差的能力也小,误差大时,产生的比例和积分作用才增大。
因为是事后调节动态指标不会很理想。
而微分作用可以在产生误差之前一发现有产生误差的趋势就开始调节,是提前控制,所以及时性更好,可以最大限度地减少动态误差,使整体效果更好。
但微分作用只能作为比例和积分控制的一种补充,不能起主导作用,微分作用不能太强,太强也会引起系统不稳定,产生振荡,微分作用只能在P和I调好后再由小往大调,一点一点试着加上去。
4.PID综合调试比例作用,积分作用和微分作用的关系是:
比例作用是主要调节作用,起主导作用。
积分作用是辅助调节作用;微分作用是补偿作用。
在实际调试时可按以下步骤进行。
1关掉积分作用和微分作用,先调P。
即令I>3600秒,D=0秒,将P由大往小调以达到能快速响应,又不产生振荡为好。
并需结合量程进行定量估算。
2P调好后再调I,I由大往小调,以能快速响应,消除静差,又不产生超调为好,或有少量超调也可以。
I应考虑与系统惯性时间常数相匹配。
一般I值和惯性时间差不多。
3P、I调好后,再调D。
一般的系统D=0,1或2。
只有部分滞后较大的系统,D值才可能调大些。
4PID参数修改后,可以少量修改给定值,观察系统的跟踪响应,以判断PID参数是否合适。
5P值太小,I值太小或D值太大均会引起系统超调振荡。
6对于个别系统,如加温快降温慢,或升压快降压慢,或液位升得快降得慢等不平衡系统是很难控制的,更难兼顾动态指标,只能将P调大些,I值也调大些,牺牲动态指标来保证稳态指标。
这是由系统的不可控制特性所决定的,而与PID调节器的性能无关。
====================================================================================作者tag:
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参数微分曲线积分比例时间PID参数调节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1一看二调多分析,调节质量不会低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。
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-stateerror)。
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(SystemwithSteady-stateError)。
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。
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==========================PID调试经验摘要文章来源:
IC库存网作者:
佚名点击:
1315发布日期:
2006-1-216:
59:
03收藏1.PID调试步骤 没有一种控制算法比PID调节规律更有效、更方便的了。
现在一些时髦点的调节器基本源自PID。
甚至可以这样说:
PID调节器是其它控制调节算法的妈。
为什么PID应用如此广泛、又长久不衰?
因为PID解决了自动控制理论所要解决的最基本问题,既系统的稳定性、快速性和准确性。
调节PID的参数,可实现在系统稳定的前提下,兼顾系统的带载能力和抗扰能力,同时,在PID调节器中引入积分项,系统增加了一个零积点,使之成为一阶或一阶以上的系统,这样系统阶跃响应的稳态误差就为零。
由于自动控制系统被控对象的千差万别,PID的参数也必须随之变化,以满足系统的性能要求。
这就给使用者带来相当的麻烦,特别是对初学者。
下面简单介绍一下调试PID参数的一般步骤:
1.负反馈 自动控制理论也被称为负反馈控制理论。
首先检查系统接线,确定系统的反馈为负反馈。
例如电机调速系统,输入信号为正,要求电机正转时,反馈信号也为正(PID算法时,误差=输入-反馈),同时电机转速越高,反馈信号越大。
其余系统同此方法。
2.PID调试一般原则 a.在输出不振荡时,增大比例增益P。
b.在输出不振荡时,减小积分时间常数Ti。
c.在输出不振荡时,增大微分时间常数Td。
3.一般步骤 a.确定比例增益P 确定比例增益P时,首先去掉PID的积分项和微分项,一般是令Ti=0、Td=0(具体见PID的参数设定说明),使PID为纯比例调节。
输入设定为系统允许的最大值的60%~70%,由0逐渐加大比例增益P,直至系统出现振荡;再反过来,从此时的比例增益P逐渐减小,直至系统振荡消失,记录此时的比例增益P,设定PID的比例增益P为当前值的60%~70%。
比例增益P调试完成。
b.确定积分时间常数Ti 比例增益P确定后,设定一个较大的积分时间常数Ti的初值,然后逐渐减小Ti,直至系统出现振荡,之后在反过来,逐渐加大Ti,直至系统振荡消失。
记录此时的Ti,设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%~180%。
积分时间常数Ti调试完成。
c.确定积分时间常数Td 积分时间常数Td一般不用设定,为0即可。
若要设定,与确定P和Ti的方法相同,取不振荡时的30%。
d.系统空载、带载联调,再对PID参数进行微调,直至满足要求。
2.PID控制简介目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。
同时,控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论
和智能控制理论三个阶段。
智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。
自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。
控制器的输出经过输出接口﹑执行机构﹐加到被控系统上﹔控制系统的被控量﹐经过传感器﹐变送器﹐通过输入接口送到控制器。
不同的控制系统﹐其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。
比如压力控制系统要采用压力传感器。
电加热控制系统的传感器是温度传感器。
目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器(仪表)已经很多,产品已在工程实际中得到了广泛的应用,有各种各样的PID控制器产品,各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligentregulator,其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。
有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器,能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC,还有可实现PID控制的PC系统等等。
可编程控制器(PLC是利用其闭环控制模块来实现PID控制,而可编程控制器(PLC可以直接与ControlNet相连,如Rockwell的PLC-5等。
还有可以实现PID控制功能的控制器,如Rockwell的Logix产品系列,它可以直接与ControlNet相连,利用网络来实现其远程控制功能。
1、开环控制系统 开环控制系统(open-loopcontrolsystem是指被控对象的输出(被控制量对控制器(controller的输出没有影响。
在这种控制系统中,不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。
2、闭环控制系统 闭环控制系统(closed-loopcontrolsystem的特点是系统被控对象的输出(被控制量会反送回来影响控制器的输出,形成一个或多个闭环。
闭环控制系统有正反馈和负反馈,若反馈信号与系统给定值信号相反,则称为负反馈(NegativeFeedback,若极性相同,则称为正反馈,一般闭环控制系统均采用悍蠢。
殖聘悍蠢】刂葡低场1栈房刂葡低车睦雍芏唷1热缛司褪且桓鼍哂懈悍蠢〉谋栈房刂葡低常劬Ρ闶谴衅鳎涞狈蠢。
颂逑低衬芡ü欢系男拚詈笞鞒龈髦终返亩鳌H绻挥醒劬Γ兔挥辛朔蠢』芈罚簿统闪艘桓隹房刂葡低场A砝币惶ㄕ嬲娜远匆禄哂心芰觳橐挛锸欠裣淳唬⒃谙淳恢竽茏远卸系缭矗褪且桓霰栈房刂葡低场?
lt;BR> 3、阶跃响应 阶跃响应是指将一个阶跃输入(stepfunction)加到系统上时,系统的输出。
稳态误差是指系统的响应进入稳态后﹐系统的期望输出与实际输出之差。
控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。
稳是指系统的稳定性(stability,一
个系统要能正常工作,首先必须是稳定的,从阶跃响应上看应该是收敛的﹔准是指控制系统的准确性、控制精度,通常用稳态误差来(Steady-stateerror描述,它表示系统输出稳态值与期望值之差﹔快是指控制系统响应的快速性,通常用上升时间来定量描述。
4、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-stateerror)。
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(SystemwithSteady-stateError)。
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。
5、PID控制器的参数整定 PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。
它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。
PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:
一是理论计算整定法。
它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。
这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改。
二是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。
PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。
三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。
但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需要在实际运行中进行最后调整与完善。
现在一般采用的是临界比例法。
利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下:
(1首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作﹔(2仅加入比例控制环节,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡,记下这时的比例放大系数和临界振荡周期﹔(3在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
3.PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中PID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。
4.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1一看二调多分析,调节质量不会低==================================================================================================================1.关于PID控制PID控制是指比例、积分、微分控制,实现PID控制的装置称为PID调节器。
其传递函数为G(s)=KP(1+1/τis+τDs比例控制可快速、及时、按比例调节偏差,提高控制灵敏度。
但有静差,控制精度低。
积分控制能消除偏差,提高控制精度、改善稳态性能,但易引起震荡,造成超调。
微分控制是一种超前控制,能调节系统速度、减小超调量、提高稳定性,但其时间常数过大会引入干扰、系统
冲击大,过小则调节周期长、效果不显著。
比例、积分、微分控制相互配合,合理选择PID调节器的参数,即比例系数KP、积分时间常数τi和微分时间常数τD,可迅速、准确、平稳的消除偏差,达到良好的控制效果。
图1中各曲线反映不同参数对系统响应的影响。
========================================================================================================================PID全称比例(proportion)-积分(integral)-微分(derivative)控制器,是自动控制系统设计中最经典应用最广泛的一种控制器,实际上是一种算法。
任何闭环的控制系统都有它固有的特性,可以有很多种数学形式来描述它,如微分方程、传递函数、状态空间方程等。
但这样的系统如果不做任何的系统改造很难达到最佳的控制效果,比如快速性稳定性准确性等。
为了达到最佳的控制效果,我们在闭环系统的中间加入PID控制器,改造系统的结构特性,并且调整PID参数来实现(虽然算法有很多种,但最经典的还是PID)。
PID算法本身就有很多种结构,但归根到底离不了P、I、D三个参数。
我们在这里不讨论具体的算法怎么实现、怎么编写,我们只想以最通俗的说法让大家知道按照什么样的原则去调整这三个参数达到最佳控制效果。
任何闭环控制系统的首要任务是要稳(稳定)、快(快速)、准(准确)的响应命令。
PID调整的主要工作就是如何实现这一任务。
以下是个人对PID调整的一点经验和想法。
增大比例系数P将加快系统的响应,它的作用于输出值较快,但不能很好稳定在一个理想的数值,不良的结果是虽较能有效的克服扰动的影响,但有余差出现,过大的比例系数会使系统有比较大的超调,
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- PID 资料 教程 参数 调试 设定值 概要