如何高效地調整PID參數?

翁董威

工業自動化過程控制中涉及的PID參數整定,是控制系統調試階段不可缺少的環節。PID參數整定通過看曲線、調參數的原則將系統調至最佳狀態。



想要高效快速的整定好參數,要有經驗同時還熟悉它的使用。PID參數整定中有比例度控制單元P、積分控制單元I微分控制單元D三部分組成。主要是不斷的調整這三個參數,使所需要控制的被控變量維持一個動態平衡。

PID參數整定有三種整定方法,分別是經驗湊式法、衰減曲線法和臨界比例度法。後面兩種一般在教學方面做上機實驗用的比較多,工業自動化中用的最多的參數整定方法,經驗湊式法。被控變量液位的控制比例度一般在20-80%,一般不需要積分微分的介入。被控變量流量和壓力控制的比例度分別為40-100%、30-70%,積分時間分別為0.1-1s、0.4-3s。不需要微分的介入。被控變量溫度的控制比例度20-60、積分時間3-10s、微分控制0.5-3s。對被控變量參數整定過程一定要看曲線,調參數,將被控變量曲線調整到有兩個明顯的波峰或者波谷(4:1定值系統)或者將被控變量曲線調到有一個明顯的波峰或者波谷(10:1隨動系統)。


工業自動化小白

我來說說數字式PID參數調整。之所以強調數字式,是因為數字式PID的P、I、D的係數是獨立的,且直接給的是係數,而不是時間常數(傳統PID的P參數統管PID,I參數D參數是按時間常數給)。對於數字式,免不了ADC、DAC。這裡給出個人經驗,目標值、響應值(也是反饋值)的最大值通過ADC後對應到8V,DAC的滿量程輸出10V對應執行機構的最大輸入(比如伺服閥的最大輸入電流)。這樣,一開始反饋為0時,如果P參數為1,輸出就是80%。好了,下面說說PID參數。I參數,D參數先設為0,P參數設一個小值,比如0.1,目標值設置為50%或更小,對應4%的最大輸出,一般系統不會太大動作,如果謹慎,也可更小點,看看系統是否穩定(如果不穩定,可能是接成正反饋了),偏差有多大,跟隨的快不快。一般來說,此時跟隨比較慢,穩態誤差比較大。逐漸提高P參數,跟隨變好,穩態誤差變小。如果跟隨速度、穩態誤差滿足要求,再設置其他的目標值(包括100%目標值)運行,如果都滿意,到此為止。如果穩態誤差還偏大,目標值設為50%以下,設置I參數,從0.0001開始,逐漸增加,直到穩態誤差減小到滿意。如果跟隨速度不滿意,設置D參數,也是從0.00001開始,逐步增加,直到跟隨比較滿意。標準型PID的D不具備高頻衰減,往往帶來噪聲放大,最好是通過示波器或者控制器的顯示器觀察PID的輸出,噪聲太大了就不能再增大D參數了。PID參數越大,跟隨越好、穩態誤差也越小,但同時,出現自激的可能性也越大,所以,調整到滿意後,參數最好再酌情減小一點。一些系統一旦出現自激損失太大,所以要兼顧指標(跟隨性、穩態誤差)和穩定性。


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