PID液位控制系统单回路反馈样本
实验五、单容水箱液位PID控制实验(DCS)
实验五、单容水箱液位PID控制实验(DCS)一、实验目的1）、熟悉单容水箱液位反馈PID控制系统硬件配置和工作原理。
2）、熟悉用P、PI和PID控制规律时的过渡过程曲线。
3）、定性分析不同PID控制器参数对单容系统控制性能的影响。
二、实验设备CS4000型过程控制实验装置，DCS系统、 PC机，监控软件。
三、实验原理一阶单容水箱PID控制方框图图为单回路上水箱液位控制系统。
单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。
本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。
根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用EPA系统控制。
当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。
合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。
反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。
一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。
一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。
比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。
比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。
但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。
对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如下图中的曲线①、②、③所示。
P、PI和PID 调节的阶跃响应曲线四、实验步骤(1)关闭出水阀,将CS4000 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。
实验3 液位数字PID计算机控制系统实验
实验3 液位数字PID控制及参数整定提示：希望大家在做实验之前仔细阅读实验指导书，并且编写三个程序（P、PI、PID）争取能够到实验室就进行调节，观察效果，进行整定参数。
一、实验目的1、通过实验进一步学习单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
2、掌握P、PI和PID调节器原理，并编写比例控制算法，比例积分控制算法，比例、积分、微分控制算法，并进行参数整定，使得液位控制在20cm处，超调量不超过10%，稳态误差5%。
3、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。
二、实验设备过程控制实验装置、万用表、计算机控制教学实验开发平台CC-1型、ADS1.2软件开发环境，实验连接线数根。
三、实验原理图1 闭环控制系统原理图图1为单回路水箱液位控制系统。
单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。
本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。
根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制。
当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。
合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。
反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。
一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。
一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。
比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。
比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。
但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。
DDC单回路PID控制实验实验报告
DDC 单回路PID 控制实验实验报告一、对象动态特性实验22111121()1(2)1(1)(G −−++−+=ZZ K z T T T T G(s)离散化得： 差分方程：Y(k)=a0*Y(k-1)+b0*Y(k-2)+c0*R(k) 其中：a0=2.0*T1/T/(1+T1/T)b0=0.0-pow(T1/T,2.0)/(1+T1/T)/(1+T1/T)c0=K1/(1+T1/T)/(1+T1/T)程序框图：相关源程序段：double T,r0,K1,T1,Kp,Ti,Td,Beta;//定义全局变量便于参数传递void CMainFrame::OnDrawObject() { // TODO: Add your command handler code here if(T==0){ ErrorDlg errorDlg; errorDlg.DoModal(); } else{CDC * pDC=GetDC(); CPen pen1,* oldpen;oldpen=pDC->SelectObject(&pen1);//画坐标轴pen1.CreatePen(PS_SOLID,1,RGB(0,0,255));pDC->SelectObject(&pen1);pDC->MoveTo(50,50);pDC->LineTo(50,300);pDC->MoveTo(50,50);pDC->LineTo(46,58);pDC->MoveTo(50,50);pDC->LineTo(54,58);pDC->MoveTo(50,300);pDC->LineTo(490,300);pDC->LineTo(482,295);pDC->MoveTo(490,300);pDC->LineTo(482,305);pDC->SetTextColor(RGB(0,0,255));pDC->TextOut(40,298,"0");pDC->TextOut(56,48,"Y");pDC->TextOut(492,300,"t");pDC->MoveTo(50,180);pen1.DeleteObject();pen1.CreatePen(PS_DASH,1,RGB(0,0,255));pDC->SelectObject(&pen1);pDC->LineTo(480,180);pDC->TextOut(35,174,"r0");pen1.DeleteObject();pen1.CreatePen(PS_SOLID,1,RGB(255,0,0));pDC->SelectObject(&pen1);y=300,t,unity,unitt=2;//两坐标轴单位长intunity=120.0/r0;a0,b0,c0,y0=0,y1=0,y2;doublea0=2.0*T1/T/(1+T1/T);b0=0.0-pow(T1/T,2.0)/(1+T1/T)/(1+T1/T);c0=K1/(1+T1/T)/(1+T1/T);text;CStringtext.Format("对象动态特性曲线：K1=%4.1f, T1=%3.2f, T=%3.2f, r0=%3.1f",K1,T1,T,r0);pDC->TextOut(80,320,text);pDC->MoveTo(50,300);for(t=52;t<=480;t+=unitt){y2=a0*y1+b0*y0+c0*r0;pDC->LineTo(t,y-unity*y2);y0=y1;y1=y2;}pDC->SelectObject(oldpen);}}程序界面及实验输出响应曲线：二、单回路PID控制实验采用增量式：delta_u=a*e(k)+b*e(k-1)+c*e(k-2)其中：a=Kp*(1+T/Ti*L+Td/T) L为积分分离系数b=0.0-Kp*(1+2*Td/T)c=Kp*Td/T;程序框图：相关源程序段：double T,r0,K1,T1,Kp,Ti,Td,Beta;//定义全局变量便于参数传递bool pid=FALSE;void CMainFrame::OnDrawU() // CMainFrame::OnDrawY()基本相同，不再另附源程序{// TODO: Add your command handler code hereif(T==0||(!pid)){ErrorDlgerrorDlg;errorDlg.DoModal();}else{pDC=GetDC();*CDCCPen pen1,* oldpen;oldpen=pDC->SelectObject(&pen1);//画坐标轴pen1.CreatePen(PS_SOLID,1,RGB(0,0,255));pDC->SelectObject(&pen1);pDC->MoveTo(50,50);pDC->LineTo(50,300);pDC->MoveTo(50,50);pDC->LineTo(46,58);pDC->MoveTo(50,50);pDC->LineTo(54,58);pDC->MoveTo(50,300);pDC->LineTo(490,300);pDC->LineTo(482,295);pDC->MoveTo(490,300);pDC->LineTo(482,305);pDC->SetTextColor(RGB(0,0,255));pDC->TextOut(40,298,"0");pDC->TextOut(56,48,"U");pDC->TextOut(492,300,"t");pDC->MoveTo(50,180);pen1.DeleteObject();pen1.CreatePen(PS_DASH,1,RGB(0,0,255));pDC->SelectObject(&pen1);pDC->LineTo(480,180);pDC->TextOut(35,174,"r0");pen1.DeleteObject();pen1.CreatePen(PS_SOLID,1,RGB(0,124,111));pDC->SelectObject(&pen1);u=300,t,unitt=2;//两坐标轴单位长intdoubleunitu=120.0/r0;a,b,c,e0=0,e1=0,e2=r0,u1=0,u2,delta_u;doublea0,b0,c0,y0=0,y1=0,y2;doubleL=1;//积分分离逻辑系数inta0=2.0*T1/T/(1+T1/T);b0=0.0-pow(T1/T,2.0)/(1+T1/T)/(1+T1/T);c0=K1/(1+T1/T)/(1+T1/T);b=0.0-Kp*(1+2*Td/T);c=Kp*Td/T;text1,text2;CStringtext1.Format("PID控制u(t)阶跃响应曲线：Kp=%4.1f, Ti=%3.2f, Td=%3.2f",Kp,Ti,Td);text2.Format("K1=%4.1f, T1=%3.2f, T=%3.2f, r0=%3.1f",K1,T1,T,r0);pDC->TextOut(80,320,text1);pDC->TextOut(120,340,text2);pDC->MoveTo(50,300);for(t=52;t<=480;t+=unitt){if(Beta==0||e2<Beta)L=1;else L=0;a=Kp*(1+T/Ti*L+Td/T);delta_u=a*e2+b*e1+c*e0;u2=u1+delta_u;pDC->LineTo(t,u-unitu*u2);y2=a0*y1+b0*y0+c0*u2;e0=e1;e1=e2;e2=r0-y2;u1=u2;y0=y1;y1=y2;}}}用工程整定法整定PID参数：令T=1,r0=1,K1=1,T1=10取消积分部分作用（取极小Beta值），令Td=0，试得Kp＝5时为临界状态，输出曲线：由图知此时周期Tu约为29推算出PID调节时的整定参数Kp=3.125,Ti=14.5,Td=3.625整定后的输出曲线：采用具有积分分离的数字PID算法：对象及PID控制参数均不变，以便与以上无积分分离曲线进行比较β适中（0.8）情况下得曲线β过小（0.2）时得曲线：取Ti=14.5, Td=3.625，改变Kp观察y(t)变化：Kp=10观察图中曲线研Kp=3.125 Kp=1究Kp对调节品质的影响：随着Kp增大，超调量增加，响应速度加快。
基于PLC的单容液位PID控制系统的设计
摘要PLC在工业自动化中应用的十分广泛。
PID控制经过很长时间的发展，已经成为工业中重要的控制手段。
本设计就是基于PLC的PID算法对液位进行控制。
PLC经传感电路进行液位高度的采集，然后经过自动调节方式来确定完PID参数后，通过控制直流泵的工作时间来实现液位的控制。
MCGS(监视与控制通用系统)是用于快速构造上位机监控系统的组态软件系统，系统的监测环节就是通过MCGS来设计的。
这样我们就可以通过组态画面对液位高度和泵的起停情况进行监测，而且可以对PLC进行启动、停止、液位高度设置等控制。
整个系统运行稳定、简单实用，MCGS与PLC通信流畅。
本文根据液位系统过程机理，建立了单容水箱的数学模型。
在设计中用到的PID算法提到得较多，PLC方面的知识较少。
并根据算法的比较选择了增量式PID算法。
建立了PID液位控制模拟界面和算法程序，进行了系统仿真，并通过整定PID参数，同时得出了整定后的仿真曲线和实际曲线。
关键词：PID算法，MCGS，液位控制目录第一章课程设计内容与要求分析 (1)1.1课程设计内容 (1)1.2课程设计要求分析 (1)1.3 PID控制的原理和特点 (1)1.3.1比例（P）控制及调节过程 (1)1.3.2积分（I）控制及调节过程 (2)1.3.3微分（D）控制及调节过程 (3)1.4单容上水箱自衡过程的建摸................................................错误！未定义书签。
第二章课程设计的方案 (4)2.1 MCGS组态软件概述 (4)2.2系统设计PLC程序 (7)2.3 软件调试 (11)2.3.1 设备之间安装与连接 (12)2.3.2 系统的联机调试 (13)第三章课程设计总结 (19)参考文献 (20)附录...............................................................................错误！未定义书签。
a3000实验水箱液位调节阀之PID篇
单容水箱液位控制系统的实验一、实验设备AE2000A型过程控制实验装置、JX-300X DCS控制系统、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、网线1根、24芯通讯电缆1根。
二、实验目的1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
2、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。
3、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。
三、实验原理图2-15为单回路水箱液位控制系统单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。
本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。
根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用SUPCON JX-300X DCS控制。
当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。
合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。
反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。
一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。
一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。
比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。
比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。
但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。
对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图2-16中的曲线①、②、③所示。
单回路液位控制实验报告
单回路液位控制实验报告这次做的单回路液位控制实验，说实话，刚开始我还真是有点懵。
你知道吧，液位控制系统听起来就很高大上，我脑袋里一下子浮现出各种复杂的公式和看不懂的图表。
啥？让液体在一个容器里保持平稳的水位？看起来简单，做起来才发现，哎哟，原来“水”这种东西，也能玩出这么多花样。
说到单回路液位控制，简单来说，就是通过控制进水量，保持一个容器里的液位不变。
你别看这个系统这么基础，但要想把它弄明白，真的是不容易啊。
尤其是刚开始接触的时候，大家心里肯定会想：“这不就是往桶里加水吗？有什么好复杂的？”但一开始我就傻眼了。
液位控制可不是那么简单的事儿。
要知道，桶里的水如果太多，溢出来了那就麻烦了；如果太少，又会被提醒“快加水啊，别让它干掉了。
”这时候你才明白，液位控制其实跟你的生活也有那么点关系。
就像是你爸妈叫你每天按时喝水，不能太多也不能太少，要“适量”。
然后，操作这套控制系统其实有点像是弹钢琴。
你要按得刚刚好，稍微过了就不行，稍微不够也不行。
液位传感器在这里就像是你的眼睛，实时监控水位的变化，告诉你水位高了还是低了；而控制阀门就像是你的手，适时地控制水流的大小。
每一次水位变动，控制系统就像是一个“过敏体质”的人一样，立马做出反应，水流的大小瞬间调整，以确保水位保持在设定的范围内。
接下来讲讲实验的操作过程。
最开始，所有人都在调试系统，搞得像是高科技大片的拍摄现场。
我也是一脸懵逼，甚至都不知道从哪里下手。
液位传感器、控制阀门、控制器，三者好像是同一个团队的成员，但每个人的职能又都不一样。
调试过程中，感觉像是给系统“喂饭”，反复试探各种条件，直到它开始稳定工作。
有时候水位调得太高，控制器就发火了，开始疯狂调节，最后水位还是不能稳定；有时候水位调得太低，系统又开始“无声抗议”，不肯动弹。
每一次失败，都让人有点想笑，但又不敢笑，因为你知道，失败一次两次不算事儿，真正的高手是从失败中学会的。
不过，经过几轮调试之后，终于能做到水位上下波动不过几毫米，稳稳的。
双容水箱液位单回路控制投运及PID参数整定(实验二)
青岛科技大学实验报告年月日姓名专业班级同组者课程实验项目：双容水箱液位单回路控制投运及PID参数整定一、实验目的1．学习和使用组态软件MCGS。
2．学习和使用PLC的编程和通讯功能。
3．掌握调节器参数的整定方法。
4．研究调节器相关参数的改变对系统动态性能的影响。
5．在实验平台上实现简单的控制方案。
二、实验设备1．THJ-2型高级过程控制系统装置。
2．计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根3．万用表一只三、实验原理本实验系统以上水箱与中水箱为被控对象，中水箱的液位高度为系统的被控制量。
基于系统的给定量是一定值，要求被控制量在稳态时等于给定量所要求的值，所以调节器的控制规律为PI或PID。
本系统的执行元件既可采用电动调节阀，也可用变频调速磁力泵。
图2双容液位定值控制系统方框图四、实验内容与步骤1、接好实验线路。
2、接通总电源和相关仪表的电源。
3、把调节器设置于手动位置，改变其手动输出值，使中水箱的液位处于某一平衡位置（一般为水箱的中间位置）。
4、在上位机监控界面中设定PID参数，在PID扩展参数中设定控制器的正反作用。
5、当系统输出稳定时，由手动切换到自动，保证系统投运的无扰动切换。
6、使系统的给定值作阶跃跳变（3—5cm），使中水箱的液位由原平衡状态开进入另一个平衡状态。
反复调节PID 始变化，经过一定的调节时间后，液位h2参数使系统输出曲线的衰减比为4：1。
7、打印历史曲线。
五、实验要求请给出实验的调节过程及调节参数，并附上历史曲线，分析实验结果，总结PI参数变化对系统输出的影响。
实验二 双容水箱液位定值控制系统(单回路)
实验项目名称：（所属课程：）学院：专业班级：姓名：学号：实验日期：实验地点：合作者：指导教师：本实验项目成绩：教师签字：日期：一、实验目的1．通过实验进一步了解双容水箱液位的特性。
2．掌握双容水箱液位控制系统调节器参数的整定与投运方法。
3．研究调节器相关参数的改变对系统动态性能的影响。
4．研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位系统的控制作用。
5．掌握双容液位定值控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验条件THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台。
三、实验原理图2-4 单容液位定值控制系统原理框图四、实验内容与要求本实验选择中水箱液位作为被控参数，上水箱流入量为控制参数。
实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7和F1-11全开，将中水箱出水阀F1-10开至适当开度（50%左右，上水箱出水阀开到70%左右），其余阀门均关闭。
按以下步骤进行实验。
1.根据系统组成方框图接线，如图2-5所示。
2.接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相1、单相对性空气开关，给智能仪表及电动调节阀上电。
3.打开上位机“组态王”组态环境，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进入组态王运行环境，在主菜单中点击“实验四、双容液位定值控制系统”，进入实验四的监控界面。
4.在上位机监控界面中点击“启动仪表”，将智能仪表设置为“手动”，并将设定值和输出值设置为一个合适的值，此操作可通过调节仪表实现。
值得注意的是手自动切换的时间为：当中水箱液位基本稳定不变（一般约为3～5cm）且下水箱的液位趋于给定值时切换为最佳。
5.合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少智能仪表的输出量，使中水箱的液位平衡于设定值。
6.按经验法或动态特性参数法整定调节器参数，选择PI控制规律，并按整定后的PI参数进行调节器参数设置。
图2-5 智能仪表控制单容液位定值控制实验接线图7.待液位稳定于给定值后，将调节器切换到“自动控制状态。
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过程控制实验报告
学院:
学号:
姓名:
实验指导老师:
日期:
一、实验要求与简介.......................................... 错误!未定义书签。
二、控制原理 ...................................................... 错误!未定义书签。
三、实验设备详细介绍 (6)
四．实验过程调试 (15)
五．单回路控制系统 (16)
六．课程总结 (16)
一．实验要求与简介
要求: 设计液位控制系统, 利用实验室过程控制设备构建单回路PID液位控制系统。
了解设备的结构框架, 学习对象模型建立的方法和技术、PID参数整定技术、自动化仪表选择相关技能。
根据实验条件和系统配置确定实验过程性能指标。
综合考虑抗干扰问题、系统稳定性问题、动态性能、稳态偏差等, 对实验结果进行分析。
实验目标如下:
A.了解实验设备, 能够根据实物画出系统框图;
B.了解和掌握P909自动化仪表的应用场合和使用方法;
C.熟悉PID参数整定技术, 在实验中正确运用, 分析参数整定的作用和效果;
D.熟悉液位控制系统中各种自动化测量点、调节阀的相关技术参数;
E.实现单回路液位控制, 有基本的系统调节能力。
液位的自动控制在工业生产领域应用的非常普遍, 就控制系统本身而言, 其含有压力传感器、计算机与采集板组成的控制器、执行器( 水泵) 、控制对象( 水箱) 等。
本次实验的主要任务是了解一个完整的液位系统的组成、构成液位控制系统的各个部件的工作原理及连接方式、工业上离散控制系统的通信标准、熟悉p909仪表的操作并实现单回路液位控制, 有基本的液位调节能力。
液位系统结构图:
整个系统主要有水泵、电磁阀、传感器、水箱组成。
由水泵供水, 电动阀调节流速( 实验系统中还含有手动调节阀) 经过两个入水口进入水箱, 在经过一个出水口进入排水箱, 之因此用两个入水口是考虑到进水会带来液位的波动从而给控制器的控制带来困难因此经过两个入口从底部进水, 但虽然减少了液位波动但也造成了一些负面影响: 入水管中的压强会随着液位的上升而变大, 在实际成产中可能会导致事故。
安置在系统中的传感器将系统的状态( 温度, 水箱液位, 入水管压强) 经过电流形式上传给上位机, 经过控制器的计算再输出电流控制执行器, 如: 电动阀的开度, 加热器等从而达到系统的反馈控制。
传感变送系统
传感器: 压力传感器: 测量液位高度用的压力传感器为集成压力传感器, 经过内部电路将压力信号转化为4~20mA标准信号传送给控制器P909。
传感器安装在容器的底部, 传感器信号传送至P909。
二．控制原理
控制系统框图:
本系统使用的是PID控制, 但PID控制器的参数与系统所处的稳态工况有关。
一旦工况改变了, 控制器参数的”最佳”值也就随着改变, 这就意味着需要适时地整定控制器的参数。
但PID 参数复杂繁琐的整定过程一直困扰着工程技术人员。
因此研究PID参数整定技术具有十分重大的工程实践意义。
在实时控制中, 一般要求被控过程是稳定的, 对给定量的变化能够迅速跟踪, 超调量要小且有一定的抗干扰能力。
一般要同时满足上述要求是很困难的, 但必须满足主要指标, 兼顾其它方面。
参数的选择能够经过实验确定, 也能够经过试凑法或者经验数据法得
到。
PID参数的整定方法:
1用试凑法确定PID控制器参数
试凑法就是根据控制器各参数对系统性能的影响程度, 边观察系统的运行, 边修改参数, 直到满意为止。
一般情况下, 增大比例系数Kp会加快系统的响应速度, 有利于减少静差。
但过大的比例系数会使系统有较大的超调, 并产生振荡使稳定性变差。
减小积分系数KI将减少积分作用, 有利于减少超调使系统稳定, 但系统消除静差的速度慢。
增加微分系数KD有利于加快系统的响应, 是超调减少, 稳定性增加, 但对干扰的抑制能力会减弱。
在试凑时, 一般可根据以上参数对控制过程的影响趋势, 对参数实行先比例、后积分、再微分的步骤进行整定。
( 1) 比例部分整定。
首先将积分系数KI和微分系数KD取零, 即取消微分和积分作用, 采用纯比例控制。
将比例系数Kp由小到大变化, 观察系统的响应, 直至速度快, 且有一定范围的超调为止。
如果系统静差在规定范围之内, 且响应曲线已满足设计要求, 那么只需用纯比例调节器即可。
( 2) 积分部分整定。
如果比例控制系统的静差达不到设计要求, 这时能够加入积分作用。
在整定时将积分系数KI由小逐渐增加, 积分作用就逐渐增强, 观察输出会发现, 系统的静差会逐渐减少直至消除。
重复试验几次, 直到消除静差的速度满意为止。
注意这时的超调量会比原来加大, 应适当的降低一点比例系数KP。
( 3) 微分部分整定。
若使用比例积分( PI) 控制器经重复调整仍达不到设计要求, 或不稳定, 这时应加入微分作用, 整定时先将微分系数KD从零逐渐增加, 观察超调量和稳定性, 同时相应地微调比例系数KP、积分系数KI, 逐步使凑, 直到满意为止。
2扩充临界比例度法
这种方法适用于有自平衡的被控对象, 是模拟系统中临界比例度法的扩充。
其整定步骤如下:
( 1) 选择一个足够短的采样周期T。
所谓足够段, 就是采样周期小于对象的纯之后时间的1/10。
( 2) 让系统作纯比例控制, 并逐渐缩小比例度ð( ð=1/KP) 是系统产生临界振荡。
此时的比例度和振荡周期就是临界比例度ðK和临界振荡周期TK。
( 3) 选定控制度。
所谓控制, 就是以模拟调节器为基准, 将系统的控制效果与模拟调节器的控制效果相比较, 其笔直即控制度。
扩充临界比例度法的参数整定表。