通过实验确定PID控制器初始参数的方法

PID控制参数整定的难点

数字PID有4个需要整定的参数,即Ts、Kp、Ti和Td,如果使用PI控制器,也有3个参数需要整定。整定1个参数,相当于在一个坐标轴上寻找一段控制效果好的区域,相对比较容易。整定3个互相关联的参数,相当于要在3维空间内寻找一个控制效果较好的很小的三维参数空间,比整定一个参数难得多,整定4个相关的参数难度就更大了。如果随意选择一组初始参数,有的参数可能比控制效果较好的值差成百上千倍。因此PID
控制器的参数整定是比较困难的。

下面介绍通过实验确定PID控制器初始参数的方法。

根据不同的被控对象,适当地整定PID的3个参数,可以获得比较满意的控制效果。这种参数整定的过程,实际上是对比 例、积分、微分三部分控制作用的综合。在使用PID控制器时,一般都不知道被控对象的数学模型,所以不可能用理论计算的方法来确定PID控制器的参数。但是比例、积分、微分部分都有明确的物理意义,在整定PID控制参数时,可以根据控制器的参数与系统动态、稳态性能之间的定性关系,用试验的方法来调节控制器的参数。有经验的调试人员般可以较快地得到较为满意的调试结果。在调试中最重要的问题是在系统性能不尽人意时,知道应该调节哪一个参数,应往什么方向调整,即该参数应该增大还是减小比例控制与误差同步,它的调节作用及时,较积分控制信号的反应快。在误差出现时,比例控制能立即给出控制信号,使被控制量朝着误差减小的方向变化。比例系数Kp越大,调节作用越强。如果Kp太小,虽然没有超调量,系统输出量变化缓慢,调节时间过长。如果闭环系统中没有积分作用(即系统为自动控制理论中的0型系统),比例调节存在稳态误差,稳态误差与Kp 成反比。增大Kp使系统动作灵敏,上升速度加快,且可以减小稳态误差。但是Kp过大会使超调量增大,振荡次数增加,调节时间加长,导致动态性能变坏,Kp过大至会使闭环系统不稳 。

如果PID控制中有积分作用(例如采用PI或PID控制),积分能消除阶跃输人的稳态误差,这时可以将Kp调小一些,但是过小的增益会使调节过程变慢。

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