学文网摘要:文章介绍了PID参数控制原理与对控制过程的影响。通过PID参数整定方法对某厂的控制参数进行整定试验,得到了很好的参数控制效果,为实现工艺参数的平稳控制提供了参考。
关键词:PID控制整定对比试验;PID参数整定;经验试凑法
中***分类号:TP229文献标识码:A
文章编号:1009-2374(2010)22-0016-02
0引言
在工业过程控制中,95%以上的控制回路具有PID结构。PID控制器被广泛应用主要是因为它结构简单、在实际中容易被理解和实现,而且许多高级控制都是以PID控制为基础。合理的PID参数设置可以使工艺参数控制平稳,可以防止压力控制系统安全阀起跳、防止液位控制系统抽空或液位溢出、防止温度控制系统波动过大影响设备性能和产品品质,在保证安全、产品质量的同时起到节能降耗和实现环境友好型企业等多种作用。
1PID对控制器的影响
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,使自动控制系统在干扰作用下能平稳的运行。为了能更清楚地表示出制动控制系统的模型,我们看控制器控制作用***:
上***即为连续一时间PID控制系统。***中,D(s)为控制器。在PID控制系统中,D(s)完成PID控制规律,称为PID控制器。
实际应用中,可以根据受控对象的特性和控制的性能要求,灵活地采用不同的控制组合,构成:
(1)比例(P)控制器:
u(t)=Kpe(t)
(2)比例+积分(PI)控制器:
(3)比例+积分+微分(PID)控制器:
式中:Kp――比例放大系数(Kp=100/p);TI――积分时间I;TD――微分时间D。
比例控制能迅速反应误差,从而减小稳态误差。但是,比例控制不能消除稳态误差。比例放大系数的加大,会引起系统的不稳定。积分控制的作用是,只要系统有误差存在,积分控制器就不断地积累,输出控制量,以消除误差。因而,只要有足够的时间,积分控制将能完全消除误差,使系统误差为零,从而消除稳态误差。积分作用太强会使系统超调加大,甚至使系统出现振荡。微分控制可以减小超调量,克服振荡,使系统的稳定性提高,同时加快系统的动态响应速度,减小调整时间,从而改善系统的动态性能。
2PID参数整定优化
控制器的整定方法很多,主要有两大类,一类是理论计算的方法,另一类是工程整定法。
理论计算的方法是根据已知的广义对象特性及控制质量的要求,通过理论计算出控制器的最佳参数。这种方法由于比较繁琐、工作量大,计算结果有时与实际情况不甚符合,故在工程实践中长期没有得到推广和应用。
工程整定法是在已经投用的实际控制系统中,通过试验或探索来确定控制器的最佳参数。这种方法是工艺技术人员在现场经常遇到的。常用的工程整定法有临界比例度法、衰减曲线法和经验试凑法等。
2.1临界比例度法
它是先通过试验得到临界比例度和临界周期,然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。具体作法如下:
在闭环的控制系统中,先将控制器变为纯比例作用,即将积分时间放到无限大,微分时间放到零上,在干扰作用下,从大到小逐渐改变控制器的比例度,直至系统产生等幅振荡(即临界振荡),这时的比例度叫临界比例度δk,周期为临界振荡周期TK,然后按下表计算出控制器的参数整定数值。
表1临界比例度法参数计算公式表
控制作用 比例度
/% 积分时间TI /min 控制作用 比例度/% 积分时间TI /min 微分时间TD /min
比例
比例+积分 2δk
2.2δk
0.85Tk 比例+微分
三种作用 1.8δk
1.7δk
0.5Tk 0.1Tk
0.125Tk
2.2衰减曲线法
衰减曲线法是通过使系统产生衰减震荡来整定控制器的参数值的,在闭环的控制系统中,先将控制器变为纯比例作用,并将比例度预置在较大的数值上。在达到稳定后,用改变给定值的办法加入阶跃干扰,观察被控变量记录曲线的衰减比,然后从大到小改变比例度,直至出现4:1衰减比,记下此时的比例度δs,从曲线上得到衰减周期Ts。
然后根据下表中的经验公式,求出控制器的参数整定值:
表2
控制作用 δ/% TI /min TD /min
比例 δs
比例+积分 1.26δs 0.5Ts
比例+积分+微分 0.8δs 0.3Ts 0.1Ts
有的过程,4:1衰减仍嫌振荡过强,可采用10:1衰减曲线法。
2.3经验试凑法
经验试凑法是长期的生产实践中总结出来的一种整定方法,它是根据经验先将控制器参数放在一个数值上,直接在闭环的控制系统中,通过改变给定值施加干扰,在记录以上观察过渡过程曲线,运用δ、TI、TD对过渡过程的影响为指导,按照规定顺序,对比例度δ、积分时间TI和微分时间TD逐个整定,直到获得满意的过渡过程为止。
整定的步骤有以下两种:
(1)先用存比例作用进行试凑,待过渡过程已基本稳定并符合要求后,再加积分作用消除余差,最后加入微分作用是为了提高控制质量。按此顺序观察过渡过程曲线进行整定工作。
(2)经验试凑法还可以按下列步骤进行:先按下表中给出的范围把TI定下来,如果引入微分作用,可取,然后对δ进行试凑,凑试步骤与前一方法相同。
注释:温度对象容量滞后较大,参数受干扰后变化迟缓,δ应小,TI要长,一般需要***分。
经验试凑法的特点是方法简单,适用于各种控制系统,因此应用非常广泛。但是此法主要是靠经验,在缺乏实际经验或过度过程本身较慢时,往往较为浪费时间,可以用优选法,使每次参数改变的大小和方向都有一定的目的性。
值得注意的是,对于同一系统,不同的人采用经验试凑法整定,可能得到不同的参数值,这是由于对每条曲线的看法,有时会因人而异,没有一个很明确的判断标准,而且不同的参数匹配有时会使所得过度过程衰减情况极为相近。
3参数整定研究
临界比例度法对于临界比例度很小的系统不适用。因为临界比例度很小,则控制器的输出的变化一定很大,被调参数容易超出允许的范围,影响生产的正常进行。临界比例度法是要使系统达到等幅振荡后,才能找出δk和Tk,对于工艺上不允许产生等幅振荡的系统本方法亦不实用。
衰减曲线法对于干扰平频繁,记录曲线不规则,不断有小摆动的情况。由于不易得到准确的衰减比例度δs和衰减周期Ts,使得这种方法难以应用。
鉴于临界比例度法法和衰减曲线法均有其缺点,而经验试凑法在外界干扰作用频繁,记录曲线不规则的控制系统,采用最为合适。在接下来的工作中,运用此法对参数进行整定优化研究。
(1)温度参数:前冷器B温度TIC-2332,首先用存比例进行试凑,当P=15时过渡过程已基本稳定并符合要求,当加入比例控制I=10,能较好消除余差,由于是温度控制参数,加入D=2就能得到很平稳的控制曲线,如下***:
(2)流量参数:贫溶剂进吸收塔流量控制FIC-1406,用存比例进行试凑,当P=250时过渡过程已基本稳定并符合要求,当加入比例控制I=20,就能很好的消除了余差,使参数偏离设定值变得很小,达到了很平稳的控制。由于流量对象特性对象时间常数小,参数有波动,δ要大,TI要短,不用微分。控制效果如下***:
4结语
最后必须指出,在一个制动控制系统投运时,控制器的参数必须整定,才能获得满意的控制质量。同时,在生产进行的过程中,如果工艺操作条件改变,或负荷有很大变化,被控对象的特性就要改变,因此,控制器的参数必须重新整定。由此可见,整定控制参数是经常要做的事,而经验试凑法是非常有效快速的整定方法。
参考文献
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