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1、PID控制器参数整定xxx浙江大学智能系统与控制研究所 1感谢你的观看2019年8月23PID（比例-积分-微分）控制器n 理论PID 控制器n 工业 PID 控制器（如何构造其仿真模型？）Ad 为微分增益, 通常Ad = 10 。2感谢你的观看2019年8月23单回路PID控制系统应用问题对于某一动态特性未知的广义被控过程，如何选择PID控制器形式，并整定PID控制器参数 ?3感谢你的观看2019年8月23内 容nPID控制器类型的选择n控制器参数整定的一般方法 n流量控制回路的PID参数整定方法n液位均匀控制系统的PID参数整定 n积分饱和与防止 nSummary 4感谢你的观看2019年
2、8月23PID控制器类型选择*1: 对于某些具有较长时间常数的慢过程，建议引入微分作用。但若存在较大的测量噪声，需要对测量信号进行一阶滤波或平均滤波分析上述选择原因 ?被控过程控制器类型温度 / 成份PID*1流量 / 压力 /液位PI部分液位P5感谢你的观看2019年8月23PID参数整定的概念6感谢你的观看2019年8月23基于过程特性参数K, T,的离线参数整定法n步骤 1：将控制器从“自动”模式切换至“手动”模式（此时控制器输出完全由人工控制），人为以阶跃方式增大或减少控制器输出，并记录控制器相关的输入输出动态响应数据。n步骤 2：由阶跃响应数据估计特性参数 K, T,。n步骤 3：按
3、经验公式设定 PID参数 Kc、Ti、Td，并将控制器切换至“自动”模式。n步骤 4：根据系统闭环响应情况，增大或减少控制器增益Kc直至满意为止。7感谢你的观看2019年8月23离线整定仿真举例步骤 1：阶跃响应测试8感谢你的观看2019年8月23步骤 2：获取过程参数9感谢你的观看2019年8月23步骤 3：获取初始PID参数(Ziegler-Nichols 方法)控制器类型KcTiTdP0PI0PID注意：上述整定规则仅限于10感谢你的观看2019年8月23取值步骤 3：获取初始PID参数(Lambda 整定法)控制器KcTiTdP0PIT0PIDT/2注意：上述整定规则不受/T 取值的限
4、制11感谢你的观看2019年8月23仿真举例 #1广义对象特性参数：K = 1.75T = 6.5,= 3.3 min若采用 PI 控制器，Z-N 法：Kc = 1.0, Ti = 11 minLambda 法：Kc = 0.56, Ti = 6.5 min12感谢你的观看2019年8月23仿真举例 #2广义对象特性参数：K = 1.75T = 6.5,= 6.3 min若采用 PI 控制器，Z-N 法：Kc = 0.53, Ti = 20.8 minLambda 法：Kc = 0.30, Ti = 6.5 min13感谢你的观看2019年8月23PID参数在线整定法n步骤 1：将在线闭环运行
5、的控制器，完全去除积分作用与微分作用（Ti =最大值，Td = 0）成为纯比例控制器，并设置较小的 Kc 值。n步骤 2：施加小幅度的设定值或扰动变化， 并观察CV的响应曲线。n步骤 3：若CV 的响应未达到等幅振荡，则增大Kc（减少比例带 PB）；若CV 响应为发散振荡，则减少Kc。重复步骤 2。n步骤 4：重复步骤 3，直至产生等幅振荡。14感谢你的观看2019年8月23在线整定仿真举例15感谢你的观看2019年8月23在线整定准则：Ziegler-Nichols 法控制器KcTiTdP0.5KcuPI0.45KcuTu /1.2PID0.65KcuTu /2Tu /8由纯比例控制下的等幅
6、振荡曲线，获得临界控制器增益 Kcu与临界振荡周期 Tu，并按下表得到正常工作下的控制器参数。16感谢你的观看2019年8月23在线整定仿真举例17感谢你的观看2019年8月23在线整定法的局限性分析18感谢你的观看2019年8月23未知过程的PID参数整定举例19感谢你的观看2019年8月23流量回路的动态特性n动态响应的快速性n纯滞后时间接近零，即从理论上讲控制器增益可无限大n测量噪声大n为减少控制阀的频繁波动，宜采用PI控制器，而且控制增益应小、而积分作用应大（即接近纯积分控制器）（为什么？）20感谢你的观看2019年8月23流量回路的控制参数选择Ti 整定原则： Ti = 0.10mi
7、n 或 Ti = 0.05minKc 整定原则： 控制增益可人工调整，但对于设定值的阶跃变化，实际流量不应出现超调。.21感谢你的观看2019年8月23流量回路整定仿真举例请比较控制器的比例增益与积分增益22感谢你的观看2019年8月23分析下列液位控制问题的不同点23感谢你的观看2019年8月23 液位回路的动态特性n不少液位对象为非自衡的积分过程，无法进行阶跃响应测试。n当进料流量变化为主要扰动时，对于液位控制回路，可能存在两种不同的控制目标 (1) 常规液位控制，也称“紧液位控制”；(2) 液位均匀控制，也称“平均液位控制”24感谢你的观看2019年8月23常规液位控制n控制目标是使液位
8、与其设定值的偏差尽可能小，而对MV（如输出流量）的波动无限制。n假设该液位过程为自衡过程，则可采用阶跃响应获取K、T、，并可采用常规的参数整定法n假设该液位过程为非自衡过程，常采用PI控制器，而且控制增益大、积分作用弱（即接近纯比例控制器）（为什么？）25感谢你的观看2019年8月23液位均匀控制n控制目标是使操作变量（如储罐输出流量）尽可能平缓，以减少对下游装置的干扰，而允许贮罐液位在上下限之间波动。n液位均匀控制常采用比例控制器（在实际应用中，可采用PI控制器，并选择积分时间足够大，以减少积分作用）。n比例增益的整定原则：比例增益应尽可能小，只要液位的波动幅度不超过允许的上下限（对于可能的
9、大幅度输入流量干扰）。26感谢你的观看2019年8月23液位控制仿真举例27感谢你的观看2019年8月23液位均匀控制系统的分析假设被控过程的动态方程为其中 A 为储罐的截面积。假设液位变送器LT 41与控制阀满足 28感谢你的观看2019年8月23液位均匀控制系统的分析（续）对于某一纯比例控制器, Gc = Kc, 试分析上述模型参数对动态特性的响应29感谢你的观看2019年8月23纯比例液位均匀控制的仿真30感谢你的观看2019年8月23PID控制器的积分饱和问题积分饱和问题的由来31感谢你的观看2019年8月23单回路PID控制器的积分饱和现象讨论以下现象：（1）控制器的积分饱和现象（2
10、）控制阀全开或全关32感谢你的观看2019年8月23单回路控制的抗积分饱和原理原理：当控制器输出超出正常操作范围时，将积分作用切除。33感谢你的观看2019年8月23抗积分饱和仿真举例34感谢你的观看2019年8月23工业单回路PID控制器PID1PID235感谢你的观看2019年8月23小结nPID控制器类型的选择n控制器参数整定的一般方法 n流量控制回路的PID参数整定方法n液位均匀控制系统的PID参数整定 n单回路控制的积分饱和现象及其防止 36感谢你的观看2019年8月23问题讨论n对于某一动态特性未知但开环稳定的温度控制系统如何整定PID控制器参数（离线或在线方式）？n试用Simulink仿真模型，近似实现工业PID控制器的外部特性 ？n对于快速的流量控制回路，请给出PID参数的整定原则，并解释原因。n对于液位均匀控制回路，它与一般的液位控制有何区别？请给出PID参数的整定原则，并解释原因。n试描述单回路控制系统的积分饱和现象，解释其产生的原因，并给出相应的防积分饱和方案。37感谢你的观看2019年8月23
