调节参数

编辑:版图网互动百科 时间:2020-02-20 05:59:13
编辑 锁定
本词条缺少信息栏名片图,补充相关内容使词条更完整,还能快速升级,赶紧来编辑吧!
PID各参数对PID运算输出的影响。进而分析各参数影响的曲线形状。通过相关的曲线形状,了解PID参数整定的方法。仔细分清各个参数的作用,和扰动情况下的相应曲线,可以快速准确地判断一个自动调节系统中,到底应该设置什么样的参数。

调节参数关键词

编辑
比例带δ,PID的输入偏差△e,积分作用,微分作用,被调量,静差。
在一个调节质量比较差的自动调节系统中,我们要快速准确地判断是那个参数引起的,不大容易,往往要费很大的精力。书本上告诉我们许多方法,比如衰减曲线法,计算法等等。但是在实际应用中,都不大实用。笔者经过大量的实践和思考,总结出了一套快速简便的方法,供各位专家指正。
首先,我们要弄清楚每个参数的实际意义,并且一定要搞清楚各种参数在简单扰动情况下的响应特征,和曲线特征。然后再一步一步由简入难,才可以分析实际复杂情况下的参数设置。下面我们来分析各种参数的特性。首先,我们要了解的是在单一参数情况下,调节系统的被调量输出曲线是怎样受参数影响的。

调节参数纯比例作用

编辑
纯比例作用下,调节器的输出:
Tout =△e ·(1 / δ)
△e :PID的输入偏差,即被调量减去定值的差。
δ:比例带。
可以看出,调节器的输出与输入偏差呈纯比例关系。定值一般不变,单PID下,各曲线变化如图示。假设被调量偏高时,调门应关小,即PID为负作用。在定值有一阶跃扰动时,调节器输入偏差为-△e。此时Tout 也应有一阶跃量△e ·(1 / δ),然后被调量不变。经过一个滞后期t2,被调量开始响应Tout。因为被调量增加,Tout也开始降低。一直到t4时刻,被调量开始回复时,Tout才开始升高。由此可见,比例作用下,各曲线有如下特点:
1、 比例作用与△e的变化量有关(1 / δ倍),与静差无关。Tout的曲线与被调量曲线完全相似;
2、 顶点时刻一致;
3、 波动周期一致;

调节参数积分作用

编辑
在多数调节器中,积分作用不能单独使用,它必须和其它参数合用。为了分析方便,在此暂不考虑其它参数的影响,把积分作用孤立起来,分析一下积分作用下的曲线。
积分作用下,输入偏差变化的响应曲线与比例作用有很大的不同。假设被调量偏高时调门应关小,在定值有一个阶跃扰动时,Tout不会作阶跃变化,而是以较高的速率开始升高。
因Tout的响应较比例作用不明显,故被调量开始变化的时刻t2,较比例作用缓慢。在t1到t2的时间内,因为被调量不变,即△e不变,所以Tout以不变的速率上升,即Tout呈线性上升。调节器的输出缓慢改变,导致被调量逐渐受到影响而改变。
在t2时刻,被调量开始变化时,△e 逐渐减小,Tout的速率开始降低。
到t3时刻,△e=0时,Tout不变。然后△e开始为正时,Tout才开始降低。
到t4时刻,被调量达到顶点开始回复,但是因△e仍旧为正,故Tout继续降低只是速率开始减缓。
直到t5时刻,△e=0时,Tout才重新升高。
由此可见,积分作用下,各曲线有如下特点:
1、 积分作用下,Tout的升降与△e的趋势无关,与△e的正负有关,Tout的上升和下降与△e的大小无关,Tout的速率与△e的大小有关。
2、 被调量有阶跃扰动时,Tout无阶跃扰动。
3、 被调量到达顶点时,Tout的趋势不变,速率减缓。
4、 Tout到达(正负)顶点时,必是△e=0时。

调节参数比例积分作用

编辑
比例积分作用是比例作用和积分作用的叠加。在简单系统中,仅仅靠比例作用即可使系统稳定,但是不可能实现无差调节。那么综合作用下如何判断设置的参数不当呢?比较简单的方法是,先判断积分作用。

调节参数积分参数不当

一般情况下,初期系统整定的时候,为了把系统参数简单化,可以暂时弱化甚至取消积分作用。待系统稳定后再逐渐增强该作用。但是对一个已经设定参数的系统,如何判断参数的影响呢?
积分作用过小很容易判断,那就是系统稳定的情况下,△e很难等于零。
系统不稳定有可能是比例带不当或积分过强。如图3,定值有阶跃扰动时,比例作用使Tout同时有一个阶跃扰动,同时积分作用使Tout开始继续增大。
t2时刻后,被调量响应Tout开始增大。此时比例作用因△e减小而使Tout开始降低(如图中点划线Tout(δ)所示);但是前文说了积分作用与△e的趋势无关,与△e的正负有关,积分作用因△e还在负向,故继续使Tout增大,只是速率有所减缓。比例作用和积分作用的叠加,决定了Tout的实际走向,如图Tout(δi)所示。
只要比例作用不是无穷大,或是积分作用不为零,从t2时刻开始,总要有一段时间是积分作用强于比例作用,使得Tout继续升高。然后持平(t3时刻),然后降低。
在被调量升到顶峰的t5时刻,同理,比例作用使Tout也达到顶点(负向),而积分作用使得最终Tout的顶点向后延时(t6时刻)。
那么积分作用的这个特性,对系统的稳定性带来的影响,到底有利还是有害?
不可一概而论。一般来说,在没有反馈信号的副PID调节系统中,副调的积分作用可以减弱,甚至不要;反之可以加强,甚至可以比主调的积分作用强很多。具体怎么设置,笔者以后再准备针对某些特殊的系统,专门写文章进行仔细分析。
前面已经说过,在一个较为简单的系统中,仅仅仅靠比例作用是可以使系统稳定的,如图1。我们不能要求一步就使被调量趋于稳定(如图4),如果没有其它扰动的话,被调量的开始降低,说明了Tout有些过调,因为那么就需要将Tout再做一定幅度的回调。比例作用下Tout确实这样做了。说明如果不考虑其它因素,只要参数恰当,该系统可以稳定。
但是,因为积分作用的存在,阻止了Tout的回调。以图3中t5时刻为例,积分作用使Tout不但不回调,而且使过调增大了。这样必然影响了比例作用的回调效果。所以此时我们希望积分作用越小越好。但是为了消除静差,积分作用又必不可少,所以我们希望,在保证可以消除静差的前提下,积分作用弱些为好。大致的估计是, t6 — t5这段拐点的延时期,
在t7 — t5这段1/4波动周期内,所占比例不大于1/3,即
η滞后 =(t6 — t5)/( t7 — t5)≤1/3
η滞后:滞后率。
但是,在许多类型的调节器中,比例和积分是互为影响的,如果比例作用太弱,即使积分作用恰当, 也会造成η滞后 过大。
笔者发现,许多人对于积分作用过渡重视了。对于主调,积分作用只是一个辅助信号,用来消除静差的。积分作用过强,往往干扰了比例作用的调解。只要能在较短时间内消除静差,建议大家稍微弱化一下积分作用,也许效果会更好;对于副调,一般来说,只要没有反馈量存在,建议弱化甚至取消积分作用。如果反馈量存在,那就大大增强该作用。
也许这个经验有错误的地方,欢迎大家批评。

调节参数比例参数不当

一般来说,在一个系统整定之前,我们先要做的,是削弱积分作用,等设置好比例参数,使得系统大致稳定之后,再逐渐加强积分作用。比例参数的判定各教科书中都已经阐明。这里不再赘述。最笨却有效的方法是:逐渐加大比例作用,使得系统震荡,然后在这个基础上适当减小比例作用即可。

调节参数微分作用

编辑
微分作用同积分作用一样,不可单独使用。微分作用用在滞后和惯性较大的环节。它可以在被调量有变化的趋势,而实际上还没有来得及有较大变化的时候,及时地调整Tout,因而微分作用有个超前调节的美称。许多人在调节质量不好的时候,往往想到微分作用,其实微分作用有一些“禁区”。它是在调节系统有较大的滞后和惯性的情况下,才和其它参数配合使用的。总结起来,它有如下特点:

调节参数特点一

1、 微分作用与△e的变化量无关,△e的变化速率有关,与△e的正负无关,与△e的变化趋势有关。

调节参数特点二

2、 微分作用是在系统有较大滞后和惯性的情况下,才和其它参数配合使用。

调节参数特点三

3、 一些有特殊理论和特殊要求的系统中,对一些特定数据进行微分处理。比如应用了能量平衡公式的主汽压力中,对汽包压力的微分代表了锅炉的能量信号。

调节参数特点四

4、 在与△e有关的信号(如被调量、超前信号等)有频率较快的波动,而这些波动不能反映总体趋势的时候(如抖动、接触不良、干扰等等),应该尽量去掉这些波动,否则不宜使用微分作用。不辨总体趋势的调节,反而是一种干扰。

调节参数特点五

5、 在水位、风压等易产生微小波动的系统中,不宜使用微分作用。
在系统有波动时,要能够准确地分析出各参数的影响,是大不容易的。但是,如果我们能够单纯地把调节参数分解开,把每个调节参数对调节系统带来的影响可以区分清楚的话,自动调节曲线的把握就容易了。上面的方法看起来似乎比较复杂,但是一旦掌握,分析起来是很简单的。
词条标签:
科技产品 科学 理学