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PID參數整定口訣:
參數整定找最佳,從小到大順序查
先是比例后積分,最后再把微分加
曲線振盪很頻繁,比例度盤要調大
曲線漂浮繞大灣,比例度盤往小調
曲線偏離回復慢,積分時間往下降
曲線波動周期長,積分時間再加長
曲線振盪頻率快,先把微分降下來
動差大來波動慢。微分時間應加長
理想曲線兩個波,前高后低4比1
一看二調多分析,調節質量不會低。
控制系統在設計、整定和運行中,衡量系統質量的依據就是系統的過渡過程。
例如,當系統的輸入為階躍變化時,系統的過渡過程表現有:發散振盪、等幅振盪、衰減振盪、單調過程等形式。
在多數情況下,系統調試都可以分析控制器參數對控制系統衰減振盪過渡過程的影響關系,並把它作為調試控制系統性能的方法與手段。
經驗法的實質就是看控制系統過渡過程曲線,調控制器參數。
口訣是儀表工實際工作的總結。由於歷史的原因,工程上PID控制器參數的大多是氣動調節儀表針型閥的開度旋鈕或電動儀表的電位器。為便於觀察閥門的開度,閥門或電位器的旋鈕手柄上有個等分刻度盤。這就是口訣中說的:“比例度盤”。
一、“參數整定尋最佳,從大到小順次查。”解釋
“參數整定尋最佳”中的最佳參數問題,很多儀表師傅都有這樣的體會,在現場的調節器工程參數整定,如果只按4:1衰減比進行整定,那么可以有很多對的比例度和積分時間同樣能滿足4:1的衰減比,但是這些對的數值並不是任意的組合,而是成對的,一定的比例度必須與一定的積分時間組成一對,才能滿足衰減比的條件,改變其中之一,另一個也要隨之改變。因為是成對出現的,所以才有調節器參數的“匹配”問題。而在實際應用中只有增加一個附加條件,才能從多對數值中選出一對適合的值。這一對適合的值通常稱為“最佳整定值”。
“從大到小順次查”中“查”的意思就是找到調節器參數的最佳匹配值。而“從大到小順次查”是說在具體操作時,先把比例度、積分時間放至最大位置,把微分時間調至零。因為我們需要的是衰減振盪的過渡過程,並避免出現其它的振盪過程,在整定初期,把比例度放至最大位置,目的是減小調節器的放大倍數。而積分放至最大位置,目的是先把積分作用取消。把微分時間調至零也是把微分作用取消了。“從大到小……”就是從大到小改變比例度或積分時間刻度,實質是慢慢的增加比例作用或積分作用的放大倍數。也就是慢慢的增加比例或積分作用的影響,避免系統出現大的振盪。最后再根據系統實際情況決定是否使用微分作用。
二、“先是比例后積分,最后再把微分加。”解釋
這是經驗法的整定步驟。比例作用是最基本的調節作用,口訣說的:“先是比例后積分”,目的是簡化調節器的參數整定,即先把積分作用取消和弱化,待系統較穩定后再投運積分作用。尤其是新安裝的控制系統,對系統特性不了解時,系統調試要做的就是先把積分作用取消,待調整好比例度,使控制系統大致穩定以后,再加入積分作用。對於比例控制系統,如果規定4:1的衰減過渡過程,則只有一個比例度能滿足這一規定,而其它的任何比例度都不可能使過渡過程的衰減比為4:1。因此,對比例控制系統只要找到能滿足4:1衰減比時的比例度就行了。
在調好比例控制的基礎上再加入積分作用,但積分會降低過渡過程的衰減比,則系統的穩定程度也會降低。為了保持系統的穩定程度,可增大調節器的比例度,即減小調節器的放大倍數。這就是dlr在整定中投入積分作用后,要把比例度增大約20%的原因。其實質就是個比例度和積分時間數值的匹配問題,在一定范圍內比例度的減小,是可以用增加積分時間的方法來補償的,但也要看到比例作用和積分作用是互為影響的,如果設置的比例度過大時,即便積分時間恰當,系統控制效果仍然會不佳。
在有的場合,也可不強求以上步驟,而是常常采取按表1的經驗整定法PID參數湊試范圍一覽表,先把積分、微分時間選擇好,然后由大到小的改變比例度進行湊試,直至調節過程曲線滿意為止。積分時間和微分時間預置后用比例度湊試,其體現的是經驗,如果沒有經驗就成為盲目調試了。此方法的缺點是當同時使用比例、積分、微分三作用時,不易找到最合適的整定參數,則反復的湊試會費很多時間。
三、“曲線振盪很頻繁,比例度盤要調大。”解釋
這句口訣說的是比例度過小時,會產生周期較短的激烈振盪,且振盪衰減很慢,嚴重時甚至會成為發散振盪,如圖1所示。這時就要調大比例度,使曲線平緩下來。
圖1 比例度過小造成發散振盪
四、“曲線漂浮繞大灣,比例度盤往小調”解釋
這句口訣說的是比例度過大時會使過渡時間過長,使被調參數變化緩慢,即記錄曲線偏離給定值幅值較大,時間較長,這時曲線波動較大且變化無規則,形狀像繞大彎式的變化,如圖2所示。這時就要減小比例度,使余差盡量小。
圖2 比例度過大
五、“曲線偏離回復慢,積分時間往下降。曲線波動周期長,積分時間再加長。”解釋
這兩句口訣說的是積分作用的整定方法。
當積分時間太長時,會使曲線非周期地慢慢地回復到給定值,即“曲線偏離回復慢”,如圖3所示。則應減少積分時間。
圖3 積分時間太長過渡過程曲線
當積分時間太短時,會使曲線振盪周期較長,且衰減很慢,即“曲線波動周期長”,如圖4所示。則應加長積分時間。
圖4 積分時間短的過渡過程曲線
六、“曲線振盪頻率快,先把微分降下來。動差大來波動慢,微分時間應加長。”解釋
調節器的參數按比例積分作用整定好后,可在積分時間的0.2~0.5倍范圍內來調整微分時間。即“最后再把微分加。”由於微分作用會增強系統的穩定性,故采用微分作用后,調節器的比例度可以再增大一些,一般以增大20%為宜。微分作用主要用於滯后和慣性較大的場合,由於微分作用具有超前調節的功能,當系統有較大滯后或較大慣性的情況下,才應啟用微分作用。
在增加了微分作用后,可以觀察系統振盪現象精調微分時間。若是曲線振盪頻率快,先把微分時間降下來。若是動差大來,而且波動慢,則應加長微分時間。
七、“理想曲線兩個波,前高后低4比1。”解釋
在多數情況下,都認為如圖1所示的過渡過程是最好,並把它作為衡量控制系統質量的依據。希望通過調整控制器參數得到這樣的系統衰減振盪的過渡過程。
為何圖5所示的過渡過程是最好的?原因是:它第一次回復到給定值較快,以后雖然又偏離了,但偏離不大,並且只有極少數幾次振盪就穩定下來了。定量的看,第一個波峰B的高度是第二個波峰B'高度的4倍,所以這種曲線又叫做4:1衰減曲線。在調節器工程整定時,以能得到4:1的衰減過渡過程為最好,這時的調節器參數可叫最佳參數。