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  • 关于西门子PID调节应用及技巧略总发布日期:2013-5-22

    要用好pid调节,搞清楚pid的计算公式和pid参数的意义是很有必要的。下面是pid的公式: 

            

    式中误差信号e(t) = sp(t) – pv(t),m(t)是pid控制器的输出值,kc是控制器的增益(比例系数),ti和td分别是积分时间和微分时间,minitial是m(t)的初始值,实际上是积分的初始值。
        pid公式的前3项分别与误差、误差的积分和误差的导数成正比。
        微分、积分是高等数学的概念,建议没有学过高等数学的网友至少要搞清楚微分和积分的几何意义,这对深入理解pid参数的意义有很大的帮助。
    积分对应于下图中误差曲线e(t) 与坐标轴包围的面积(图中的灰色部分)。pid程序是周期性执行的,执行pid程序的时间间隔为ts(即pid控制的采样周期)。我们只能使用连续的误差曲线上间隔时间为ts的一些离散的点的值来计算积分,因此不可能计算出准确的积分值,只能对积分作近似计算。
        一般用下图中的矩形面积之和来近似精确积分。当ts较小时,积分的误差不大。

    在误差曲线e(t)上作一条切线(见下图),该切线与x轴正方向的夹角α的正切值tgα即为该点处误差的一阶导数de(t)/dt。pid控制器输出表达式中的导数用下式来近似: 
    de(t)/ dt ≈ δe(t)/δt = [e(n) - e(n-1)]/ts,式中e(n)是第n次采样时的误差值,e(n-1)是第n-1次采样时的误差值。

    pid调节是目前应用最广泛调节控制规律,p比例、i积分、d微分控制,简称pid控制。
    比例控制是一种最简单的控制方式。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。
    积分调节可以使系统消除稳态误差。系统如果在进入稳态后存在稳态误差,就必须引入“积分项”。比例+积分(pi)控制可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
    微分作用能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。。对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(pd)控制能改善系统在调节过程中的动态特性。
    这是摘录的一个pid参数调整的口诀,以供大家学习参考:
    参数整定找最佳,从小到大顺序查
    先是比例后积分,最后再把微分加
    曲线振荡很频繁,比例度盘要放大
    曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳
    曲线偏离回复慢,积分时间往下降
    曲线波动周期长,积分时间再加长
    曲线振荡频率快,先把微分降下来
    动差大来波动慢。微分时间应加长
    理想曲线两个波,前高后低4比1
    一看二调多分析,调节质量不会低。
        pid模糊控制
        模糊控制的基本思想是总结操作人员的操作经验,用表格的方法实现非线性控制。模糊控制的精度差,稳态误差大,一般还需要和pid结合来减小误差。
        有很多人(大量的杂志上的文章)实际上并不是这样做的,他们的模糊控制是建立在书上现成的模糊控制表或曲线的。
        1.模糊控制的关键点在于总结大量的实践数据,然后做成黑匣子,看似神秘,实际都是经验参数!
        2.模糊控制得到的数据是基于控制设备性能不变的情况下,是较为准确的。一旦使用时间长了,性能有所下降,这些经验参数往往就会有很大的偏颇了。
        3.即使是同样型号的不同设备,其所处于的工艺环境,工艺流程,工艺特性的不同,其性能也会有差别,因此不能做到模糊控制中同一数据的重复性使用。
        4.模糊控制的理念是很好的,最起码是超前控制,但就目前而言,其实用性,动态性还是不如传统的pid。
        5.传统pid是滞后控制,在目前的大多数工艺环境下,还是可以满足控制的需求的。
        6.基于传统pid的特点,也延展了不同的控制方式,如串级调节,三冲量调节,分程调节,步进式等等。
        7.个人觉得:随着电子,网络,计算机的飞速发展,传统pid的滞后也会改善的更好,其动态调节特性是模糊控制所不能比拟的。

    作者:西门子
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    • 关于西门子PID调节应用及技巧略总 西门子 2013-5-22 11:08:13 楼主
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