文档介绍：实验三 PID的参数整定及参数变化对系统的影响综合实验
实验目的:
掌握PID各校正环节的作用
确定给定的系统PID的初始参数
通过实验了解PID参数的变化对系统的影响
实验原理
(一)PID调节器的输入输出关系:
式中:
为调节器的输出; 为误差输入;为比例增益;
为积分时间;为微分时间
(二)PID各校正环节的作用
在模拟系统中,调节器最常用的调节规律是PID调节。常规PID调节系统一般由PID调节器和被控对象组成,其原理图如下:
图1 常规PID调节系统原理图
PID调节是线性控制,将偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成调节量,对被控对象进行控制。
PID调节器各校正环节的作用如下:
比例环节: 及时成比例地反映调节系统的偏差信号,偏差一产生,调节器立即产生调节作用,以减少偏差。
积分环节:主要是为了消除系统的余差,提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数,越大,积分作用越弱,反之则越强。
微分环节:能反映偏差信号的变化趋势,并能在偏差信号变得太大之前,引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减小调节时间。
(三)PID参数的变化对系统的影响
一般情况下,PID调节器本着稳、准、快的控制原则须对三个参数进行初始设定,同时考虑对象特性的多样性,控制指标的不同进行整定、优化才能取得满意效果。
在PID调节参数中,比例系数KP增大,会使调节阀的动作灵敏,运行速度加快。缺点是存在静差。在系统稳定的情况下,增大KP值,有利于减小稳态误差,提高控制精度。但随着KP增大,系统响应过程中的振荡次数会增多,调节时间加长。当KP值太大时,系统将趋于不稳定;若太小,会减低系统的响应速度。
引入积分的目的是为了消除静差,提高精度。但积分时间TI太小,在过程的启动、结束或大幅度增减设定值时,短时间内系统输出有很大的偏差,会造成PID运算的积分积累,致使控制量超出极限控制量,最终引起系统较大的超调,甚至造成系统振荡。积分时间TI太大时,积分作用对系统的性能影响减小,不利于消除系统稳态误差,难以获得较高的控制精度。
微分环节的引入,改善了系统的动态特性,对干扰特别敏感。但微分时间TD偏大或偏小时,都会使超调量增大,调节时间加长。
(四)PID参数确定的方法
在选择了调节规律及相应的调节器后,就要进行PID初始参数的确定。常采用的方法有临界比例度法(又称稳定边界法)、反应曲线法、衰减曲线法、仪表参数自整定法。
临界比例度法:
调节规律采用纯比例,不断增加K,使调节系统的被调参数作等幅振荡(即达到稳定边界)时,测量出比例放大系数Km或临界比例度Pm以及振荡周期Tm,然后,按经验数据求出初始参数。
临界比例度法的调节器经验数据表
调节规律
P(%)
TI
TD
P
2Pm
PI
Pm
PID
Pm
Tm
反应曲线法:
反应曲线法:要确定调节器的参数应先测定对象的动态特性,即对象输入量作单位阶跃变化时被调量的反应曲线,即飞升曲线。根据飞升曲线可得到等效滞后时间τ、等效时间常数T、广义对象的放大系数K。再按下表经验数据求出初始参数。
反应曲线法的调节器经验数据表
调节规律
P(%)
TI
TD