下载文档原格式
PID控制原理与参数整定方法PID控制器是一种经典的控制方法，广泛应用于工业自动化控制系统中。
PID控制器根据设定值与实际值之间的差异（偏差），通过比例、积分和微分三个部分的加权组合来调节控制量，从而使控制系统的输出达到设定值。
1.比例控制部分（P）：比例控制是根据偏差的大小来产生一个与偏差成比例的控制量。
控制器的输出与偏差呈线性关系，根据设定值与实际值的差异，输出控制量，使得偏差越大，控制量也越大。
这有利于快速调整控制系统的输出，但也容易产生超调现象。
2.积分控制部分（I）：积分控制是根据偏差随时间的累积来产生一个与偏差累积成比例的控制量。
如果存在常态误差，积分控制器可以通过累积偏差来补偿，以消除常态误差。
但过大的积分时间常数可能导致控制系统响应过慢或不稳定。
3.微分控制部分（D）：微分控制是根据偏差的变化率来产生一个与偏差变化率成比例的控制量。
微分控制器能够对偏差变化快速做出响应，抑制过程中的波动。
但过大的微分时间常数可能导致控制系统产生震荡。
1.经验法：根据工程经验和试错法，比较快速地确定PID参数。
这种方法简单直观，但对于复杂系统来说，往往需要进行多次试验和调整。
2. Ziegler-Nichols整定法：该方法通过调整控制器增益和积分时间来实现直观的系统响应，并通过系统的临界增益和临界周期来确定临界比例增益、临界周期和初始积分时间。
3. Chien-Hrones-Reswick整定法：该方法通过评估控制系统的阻尼比和时间常数来确定比例增益和积分时间。
4.频域法：通过分析系统的频率响应曲线，确定PID参数。
该方法需要对系统进行频率扫描，通过频率响应的特性来计算得到PID参数。
5.优化算法：如遗传算法、粒子群优化等，通过优化算法寻找最佳的PID参数组合，以使得系统具备最优的性能指标。
这种方法适用于复杂系统和非线性系统的参数整定。
总之，PID控制器的原理是根据比例、积分和微分的加权组合来调节控制量，使得系统能够稳定、快速地达到设定值。
一、绪论PID 参数的整定就是合理的选取PID 三个参数。
从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态误差等方面考虑问题，三参数作用如下：比例调节作用：成比例地反映系统的偏差信号，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生与其成比例的调节作用，以减小偏差。
随着P K 增大，系统的响应速度加快，系统的稳态误差减小，调节应精度越高，但是系统容易产生超调，并且加大P K 只能减小稳态误差，却不能消除稳态误差。
比例调节的显著特点是有差调节。
积分调节作用：消除系统的稳态误差，提高系统的误差度。
积分作用的强弱取决于积分时间常数i T ，i T 越小，积分速度越快，积分作用就越强，系统震荡次数较多。
当然i T 也不能过小。
积分调节的特点是误差调节。
微分调节作用：微分作用参数d T 的作用是改善系统的动态性能，在d T 选择合适情况下，可以减小超调，减小调节时间，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度。
因此，可以改善系统的动态性能，得到比较满意的过渡过程。
微分作用特点是不能单独使用，通常与另外两种调节规律相结合组成PD 或PID 控制器。
二、设计内容1. 设计P 控制器控制器为P 控制器时，改变比例系数p K 大小。
P 控制器的传递函数为：()P P K s G =，改变比例系数p K 大小，得到系统的阶跃响应曲线当K=1时，P当K=10时，PK=50时，当P当P K =100时，p K 超调量σ% 峰值时间p T 上升时间r T 稳定时间s T 稳态误差ss e 1 49.8044 0.5582 0.2702 3.7870 0.9615 10 56.5638 0.5809 0.1229 3.6983 0.7143 50 66.4205 0.3317 0.1689 3.6652 0.3333 10070.71480.25060.07443.64100.2002仿真结果表明：随着P K 值的增大，系统响应超调量加大，动作灵敏，系统的响应速度加快。
PID控制器的参数整定PID控制器是一种常用的闭环控制器，可以根据系统的输入和输出之间的误差来调整控制器的参数，从而实现对系统的稳定控制。
PID控制器的参数整定是指确定控制器的比例系数Kp、积分时间Ti和微分时间Td的过程。
下面将详细介绍PID控制器的参数整定方法和相关的考虑因素。
一、参数整定方法：1.经验整定法：根据经验将控制器的参数进行初步设定。
经验整定法通常通过试验或先验知识来确定参数，根据具体的应用场景不断调整，以达到较好的控制效果。
该方法常用与简单的控制系统或者无法获得系统数学模型的情况下。
2. Ziegler-Nichols整定法：Ziegler-Nichols整定法是一种基于试验的整定方法。
该方法首先暂时关闭积分和微分控制，只调整比例控制系数Kp，使系统达到临界稳定状态。
然后测量临界增益Ku和临界周期Pu，根据不同类型的控制系统（比例型、积分型和微分型），采用不同的参数整定公式确定Kp、Ti和Td的初始值，再根据系统的实际响应实时调整。
3. Ziegler-Nichols改进整定法（Chien-Hrones-Reswich法）：该方法是对Ziegler-Nichols整定法的改进，可以更精确地测定控制器参数。
该方法同样通过测量系统的临界增益Ku和临界周期Pu，但是对参数的计算公式进行了修正，提高了参数整定的准确性。
4. 极点配置法（Pole Placement）：极点配置法是一种基于系统数学模型的整定方法。
通过分析系统的传递函数，确定控制器的极点位置，从而使系统的闭环响应满足所需的性能指标。
该方法需要对系统的数学模型有较详细的了解，适用于相对复杂的控制系统。
5.自整定法：自整定法是一种自动寻优的整定方法，常用于智能控制器中。
该方法通过观察系统的动态性能，通过迭代寻找最优的参数组合。
自整定法通常采用优化算法（如遗传算法、粒子群算法等）来最优参数，在一定的性能和收敛速度之间进行权衡。
二、参数整定的考虑因素：1.系统的稳定性：控制器的参数整定应确保系统的闭环响应稳定。
PID控制原理与参数整定方法PID控制是一种常用的反馈控制方法，它通过测量控制系统的输出与期望输入之间的差异，计算出一个控制信号来调节控制系统的行为。
PID 控制器的主要参数有比例增益（Proportional），积分时间（Integral）和微分时间（Derivative）。
通过调节这些参数，可以实现对控制系统的动态响应和稳定性的优化。
首先，我们来了解一下PID控制器的工作原理。
PID控制器是基于控制误差和误差的变化率来计算输出控制信号的，它包含三个部分：比例控制项、积分控制项和微分控制项。
比例控制项（P项）以控制误差的比例关系来计算输出信号。
它的计算公式为：P=Kp*e(t)，其中Kp为比例增益，e(t)为控制误差。
比例增益越大，控制器对误差的纠正力度越大，但过大的比例增益会引起震荡。
积分控制项（I项）以控制误差的累积值来计算输出信号。
它的计算公式为：I = Ki * ∫e(t)dt，其中Ki为积分时间，∫e(t)dt为控制误差的累积值。
积分控制项主要用于消除稳态误差，但过大的积分时间会引起超调和不稳定。
微分控制项（D项）以控制误差的变化率来计算输出信号。
它的计算公式为：D = Kd * de(t)/dt，其中Kd为微分时间，de(t)/dt为控制误差的变化率。
微分控制项主要用于抑制系统的震荡和快速响应，但过大的微分时间会引起噪声放大。
接下来，我们来介绍一下PID参数整定的方法。
在实际应用中，PID 参数的选择通常需要经验和试验。
以下是常用的PID参数整定方法。
1.经验设置法：根据经验设置PID参数的初始值，然后根据实际系统的响应进行调整。
这种方法需要经验和实践的积累，适用于经验丰富的控制工程师。
2. Ziegler-Nichols方法：这是一种基于实验步骤响应曲线的整定方法。
该方法通过观察控制系统的临界点，确定比例增益、积分时间和微分时间的初始值，然后通过试探法逐步调整，直到系统达到所需的动态响应。
PID控制器的作用分析及参数整定PID控制器是一种常用的自动控制器，可以根据系统的反馈信号和设定值进行调整，从而实现控制系统的稳定和精确控制。
PID控制器通过调整输出信号，使得被控对象的输出值尽可能地接近设定值，通过不断地迭代修正，实现对系统的自动调节和控制。
1.实现系统的稳定控制：PID控制器通过不断地调整输出信号，使得被控对象的输出值尽可能地接近设定值，从而实现系统的稳定控制。
PID 控制器的输出信号与系统的误差、误差变化率以及误差积分值有关，通过调整这些参数的权重，可以实现对系统的稳定控制。
2.快速响应和抗干扰能力：PID控制器能够根据系统的反馈信号和设定值的变化情况，快速地调整输出信号，使得系统能够快速响应，并具有一定的抗干扰能力。
通过合理地设置PID控制器的参数，可以提高系统的响应速度和抗干扰能力，实现更加准确的控制。
3.自动调节和优化：PID控制器可以根据系统的反馈信号和设定值自动调节输出信号，实现对系统的自动调节和优化。
通过不断地迭代修正，PID控制器可以根据系统的实际状况和要求，自动调整参数，使得系统的控制效果达到最佳状态。
参数整定是PID控制器应用的关键环节，合理的参数设置可以有效地提高PID控制器的性能。
常见的PID控制器参数包括比例增益（Kp）、积分时间（Ti）和微分时间（Td）。
1.比例增益（Kp）：控制器输出与误差的线性关系，越大控制器对误差的修正约大。
Kp的选择会影响系统的响应速度和稳定性，过大会导致震荡或不稳定，过小则响应较慢或无法消除稳态误差。
2.积分时间（Ti）：控制器对误差累积值的补偿作用，用于消除稳态误差。
Ti的选择对系统的响应速度和稳态误差的消除有影响，过大会导致响应变慢，过小则可能导致震荡。
3.微分时间（Td）：控制器对误差变化率的补偿作用，用于消除超调和减小误差上升的速率。
Td的选择可以改善系统的动态响应速度和稳定性，但过大或过小可能引起震荡。
参数整定的方法较为复杂，常用的方法包括经验调整法、试探法、理论分析法和优化算法等。
工业控制中的PID控制器参数整定方法介绍在工业控制领域中，PID控制器是一种常用的控制策略，它被广泛应用于各种自动化系统中。
PID控制器通过调节控制对象的输出，使其保持在期望的目标值附近。
为了达到良好的控制效果，关键是合理设置PID控制器的参数。
本文将介绍几种常用的PID控制器参数整定方法。
一、移动曲线法移动曲线法是一种常用的经验参数整定方法，适用于一些比较简单的控制系统。
该方法基于试验的数据，通过观察系统的响应曲线来调整PID控制器的参数。
首先，将控制系统的控制对象设置为一个步跃信号输入，观察系统的输出响应曲线。
根据响应曲线的形状，可以得到一些关键信息，如峰值时间（Tp）、峰值响应（M）以及延迟时间（L）。
根据这些信息，可以使用以下规则来选择PID控制器的参数：1. 比例系数Kp：如果系统的响应曲线具有较大的超调和震荡，需要增大Kp，但不要过大，以免引起系统的不稳定性。
2. 积分时间Ti：根据延迟时间L来选择Ti的大小。
一般来说，延迟时间越大，积分时间越小。
3. 微分时间Td：根据峰值时间Tp来选择Td的大小。
如果峰值时间较长，则需要适当增大Td。
通过不断的试验和调整，直到系统的响应曲线满足要求为止。
二、频率响应法频率响应法是一种较为精确和科学的参数整定方法，通过对系统进行频率特性测试，根据测试结果来确定PID控制器的参数。
首先，在控制系统中添加一个频率变化的输入信号，例如正弦波或方波。
记录并分析系统的输入和输出信号之间的频率特性。
根据频率特性曲线的形状和参数，可以选择合适的PID 控制器参数。
具体来说，可以从频率特性曲线中获得以下重要参数：1. 闭环传递函数的峰值增益（Kp）：根据峰值增益来确定比例系数Kp的大小。
峰值增益越大，Kp的取值也应相对较大。
2. 相位裕度（PM）和增益裕度（GM）：根据相位裕度和增益裕度来确定积分时间Ti和微分时间Td的取值范围。
相位裕度和增益裕度越小，积分时间Ti和微分时间Td应取得较小。
pid控制器参数整定方法及应用PID控制器是工业自动化中常用的一种控制器，其参数整定方法及应用对于控制系统的稳定性和性能有着至关重要的作用。
本文将详细介绍PID控制器参数整定方法及应用。
一、PID控制器概述PID控制器是由比例控制器、积分控制器和微分控制器三部分组成的，利用反馈信号进行控制。
其中比例控制器通过测量误差的大小，对被控制对象进行控制，积分控制器通过测量误差的积分，对被控制对象进行控制，微分控制器通过测量误差的微分，对被控制对象进行控制。
PID控制器通过组合三个控制方式，可以对被控制对象进行更加精确的控制。
二、PID控制器参数整定方法1. 经验法PID控制器参数整定的第一步是通过经验法确定参数初值。
经验法是根据实际经验和实验数据得出的整定参数，是参数初值的基础。
经验法的参数初值如下：比例系数Kp取值为被控对象动态响应曲线的最大斜率处的斜率倒数；积分时间Ti取值为被控对象动态响应曲线从起点到终点的时间长度；微分时间Td取值为被控对象动态响应曲线的最大曲率处的时间。
2. Ziegler-Nichols法Ziegler-Nichols法是广泛应用的PID控制器参数整定方法之一，其步骤如下：a.将比例系数Kp调至临界增益Kcr处，此时系统开始振荡；b.测量振荡周期Tu；c.根据系统类型选择合适的参数整定公式，计算出参数初值：系统类型 Kp Ti TdP型系统 0.5Kcr ——PI型系统 0.45Kcr Tu/1.2 —PD型系统 0.8Kcr — Tu/8PID型系统 0.6Kcr 0.5Tu Tu/83. Chien-Hrones-Reswick法Chien-Hrones-Reswick法是另一种常用的PID控制器参数整定方法，其步骤如下：a.测量被控对象的动态响应曲线，并计算出其惯性时间常数L、时延时间T和时间常数K；b.根据系统类型选择合适的参数整定公式，计算出参数初值：系统类型 Kp Ti TdP型系统 0.5K ——PI型系统 0.45K L —PD型系统 0.8K — TPID型系统 0.6K 0.5L 0.125T三、PID控制器应用PID控制器广泛应用于工业自动化中，例如温度控制、压力控制、流量控制等。
PID控制器的参数整定(1)PID是比例,积分,微分的缩写.比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
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。
积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。
因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。
积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。
反之Ti大,则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。
积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。
微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此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。
在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。
微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。
此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。
微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。
(2) PID具体调节方法①方法一确定控制器参数数字PID控制器控制参数的选择，可按连续-时间PID参数整定方法进行。
在选择数字PID参数之前，首先应该确定控制器结构。
对允许有静差（或稳态误差）的系统，可以适当选择P或PD控制器，使稳态误差在允许的范围内。
对必须消除稳态误差的系统，应选择包含积分控制的PI或PID控制器。
一般来说，PI、PID和P控制器应用较多。
对于有滞后的对象,往往都加入微分控制。
选择参数控制器结构确定后，即可开始选择参数。
参数的选择，要根据受控对象的具体特性和对控制系统的性能要求进行。
工程上，一般要求整个闭环系统是稳定的，对给定量的变化能迅速响应并平滑跟踪，超调量小；在不同干扰作用下，能保证被控量在给定值；当环境参数发生变化时，整个系统能保持稳定，等等。
PID控制器的参数整定及优化设计PID控制器的参数整定一般包括三个部分：比例增益（Proportional Gain），积分时间（Integral Time）和微分时间（Derivative Time）。
这些参数的选择直接影响到控制系统的稳定性和响应速度。
首先，比例增益决定了输入量和误差之间的线性关系，过大的比例增益会导致系统过冲和震荡，而过小的比例增益则会导致响应速度慢。
通常情况下，可以通过试探法或经验法来选择一个适当的比例增益值，再根据实际应用中的需求进行微调。
其次，积分时间决定了积分作用对系统稳态误差的补偿能力，即消除系统的偏差。
过大的积分时间会导致系统响应迟缓和过调，而过小的积分时间则不能有效地消除稳态误差。
一种常用的方法是通过Ziegler-Nichols方法或Chien-Hrones-Reswick方法来确定适当的积分时间。
最后，微分时间决定了微分作用对系统输出量变化率的补偿能力，即消除系统的震荡。
过大的微分时间可能会导致系统过调和震荡，而过小的微分时间则不能有效地补偿系统的变化率。
一般可以通过试探法或经验法来选择一个合适的微分时间值，再根据实际情况进行调整。
除了参数整定，优化设计也是提高PID控制器性能的关键。
常见的优化方法包括模型优化、校正和自适应控制。
模型优化是指根据系统的建模结果，对PID控制器的参数进行优化。
可以通过系统的频域响应或时域响应等方法，确定最佳的参数取值。
校正是通过实时监测系统的输出值和理论值的差异，对PID控制器的参数进行在线调整。
自适应控制是指根据系统的实时状态变化，自动调整PID控制器的参数，使其能够适应不同的工作条件。
综上所述，PID控制器的参数整定及优化设计是提高控制系统性能的重要步骤。
通过适当选择比例增益、积分时间和微分时间，并利用模型优化、校正和自适应控制等方法，可以使PID控制器在不同的工作条件下具有更好的响应速度、稳定性和鲁棒性。
PID控制原理与参数的整定方法PID控制器是一种常用的自动控制器，在工业控制中广泛应用。
它的原理很简单，即通过不断调节控制信号来使被控制物体的输出接近给定值。
PID控制器由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个控制参数组成。
下面将详细介绍PID控制的原理和参数整定方法。
一、PID控制原理1.比例（P）控制比例控制根据被控制量的偏差的大小，按照一定比例调节控制量的大小。
当偏差较大时，调节量增大；当偏差较小时，调节量减小。
此项控制可以使系统快速响应，并减小系统稳态误差。
2.积分（I）控制积分控制根据被控制物体的偏差的积分值来调节控制量。
积分控制的作用主要是消除系统的稳态误差。
当偏差较小但持续较长时间时，积分量会逐渐增大，以减小偏差。
3.微分（D）控制微分控制根据被控制物体的偏差的变化率来调节控制量。
当偏差的变化率较大时，微分量会增大，以提前调整控制量。
微分控制可以减小系统的超调和振荡。
综合比例、积分和微分控制，PID控制器可以通过不同的控制参数整定来适应不同的被控制物体的特性。
二、PID控制参数整定方法1.经验整定法经验整定法是根据对被控制系统的调试经验和运行情况来选择控制参数的方法。
它是通过实际试验来调整控制参数，通过观察系统的响应和稳定性来判断参数的合理性。
2. Ziegler-Nichols整定法Ziegler-Nichols整定法是根据系统的临界响应来选择PID控制参数的方法。
在该方法中，首先将I和D参数设置为零，然后不断提高P控制参数直到系统发生临界振荡。
根据振荡周期和振荡增益的比值来确定P、I和D的参数值。
3.设计模型整定法设计模型整定法是根据对被控系统的数学建模来确定PID控制参数的方法。
通过建立被控系统的数学模型，分析其频率响应和稳态特性，从而设计出合理的控制参数。
4.自整定法自整定法是通过主动调节PID控制器的参数，使被控系统的输出能够接近给定值。
该方法可以通过在线自整定或离线自整定来实现。
一种非线性P I D控制器的设计与整定3周 琼 褚 健 高 峰(浙江大学工业控制研究所,杭州,310027) 摘要:介绍了根据一类普遍的非线性设计思想所设计的一种非线性模块,并用这种模块构成了非线性P I D控制器,同时对于控制器中的各个待定参数给出了经验性整定公式,并进行了仿真与实验验证。
关键词:P I D 非线性 控制器 设计 整定 目前在工程界中用于实际控制的控制算法仍以P I D居多(据一个调查报告指出,至今在过程控制中用的84%仍是纯P I D调节器[1]。
而与此同时,各种新的现代控制算法层出不穷,却大多无法应用于实际过程。
这并不能归结为控制工程界的学术结构问题,因为受过现代控制算法熏陶的控制工程师已经源源不断地进入了控制工程界。
事实证明,P I D 这种经典的控制方法仍然存在一些优点与思想方法值得我们探讨。
P I D这种经典控制律所提供的思想方法就是设计一些控制模块,依据对象的一些响应特征来组合出控制器。
这种思想方法与目前流行的各种控制器设计方法相比较,最突出的特点就在于它不依赖于对象精确的数学模型,可以从根本上摆脱了工业过程建模,尤其是建立精确模型的困难。
当然,P I D这种控制模块就是偏差的比例、积分和微分这3个著名的模块。
控制律就是这3个模块的线性组合。
而这种纯线性的控制器有其根本的难以克服的基本矛盾。
众所周知,作为P I D,若要超调小,则难以保证快速性的指标;而若要动态过程快,则超调量将必然过大。
这一点想仅凭线性控制器自身加以克服不太可能。
更何况,当初之所以仅设计3个线性模块的线性组合,也是由于当时的硬件、技术条件等加以限制。
今天,计算机技术飞速发展,有了技术条件的保障,我们完全可以想到设计一些非线性控制模块,并用这种非线性控制模块以合适的方式组合出合适的控制律。
本文正是基于这样的思想,力图找到合适的非线性控制模块以及它们之间恰当的组合方式,以便得到最佳的控制律。
1 非线性P I D1.1 对象指标 3国家教委博士点基金资助项目 收稿日期1997-02-273 R.W.Serth and W.A.H eenan,Gro ss E rro r D etecti on and D ata R econciliati on in Steamm etering System s,A I ChEJ.,V o l132,1986,733～7424 Jay C.Knepper and John W.Go rm an,Statistical A nal2 ysis of Constrained D ata Sets,A I ChE J.,V o l126,1980.260～2645 S.N arasi m han and R.S.H.M ah,Generalized L ikeli2 hook R ati o M ethod fo r Gro ss Eerro r Identificati on,A I ChE J,V o l.33,1987.1514～15216 R.S.H.M ah and A. C.T am haane,D etecti on of Gro ssE rro rs in P rocess D ata,A I ChE J.V o l.28,1982.828～830控制系统 AU TOM A T I ON I N R EF I N ED AND CH E M I CAL I NDU STR Y 我们对文献[2]中提出的一些系统指标加以分析,可以看出,有些是描述开环性能,有些描述闭环性能,其中,标准过程增益K13用于描述开环系统的可控性。
K31定义如下:K31G(0)G(iΞu) =K P K u(1) 显然,该指标是针对自衡系统的,即该系统的阶跃响应趋于稳定。
K P即为对象的稳态增益。
而K U则可由对象的频域特性所得,即对象的奈奎斯特曲线与负实轴第一个交点处的对象的频域幅度。
事实上,K U就是对象在比例控制下处于临界稳定状态时的控制增益。
K31的物理意义就是对象在比例控制下处于稳定时所能得到的最大的回路增益。
一般K31大则意味着该对象容易控制,K31小则该对象难以控制。
1.2 非线性P I D控制器在前面已经提到,要想解决鲁棒性问题,需要摆脱数学模型约束,深入了解控制系统的本质,设计出一些典型模块来构成控制律。
文献[3]中提出了一种非线性模块,该模块是基于一个名叫f a l的函数构成的。
f a l(x,Α,∆)= x Αsig n(x) x ≥∆x ∆1-Α x <∆(2):U=K1f a l(e,Α,∆)+K2f a l(∫e,Α,∆)+K3f a l(eα,Α,∆)(3)但是,该控制器中的5个特定参数K1, K2,K3,Α,∆都要针对具体对象而确定。
显然,这样的控制器缺乏指导原则和广泛的适用性,要立刻加以实际应用有一定的困难,而且5个参数都要加以临时整定也存在困难。
不过,对文献[3]中的非线性控制模块加以分析可以看出,该模块的设计思想在于当模块输入超过一定量值时,模块结构改为指数形式,以加快输出;而当输入小于一定量值时,则模块结构改为线性形式,以调小输出。
类似的思想在很多非线性控制器的设计中都可以见到。
采用这样的思想,本文提出了一种新的非线性模块,基于函数f(x,Α,Β,∆)如下:f(x,Α,Β,∆)=Αx+(Β-Α)∆ x ≥∆Βx x <∆(4)由f(x,Α,Β,∆)构成非线性模块,再由该模块构成的控制器如下:U=K1f(e,Α1,Β1,∆)+K2f(∫e,Α2,Β2,∆)+K3f(eα,Α3,Β3,∆)(5)具体的控制系统构成如图1所示。
图1 控制系统构成1.3 控制器参数整定欲将上述非线性P I D控制器加以实际应用,必须对其中的各个待定参数给出具体的规律性数值。
众所周知,纯P I D调节器的参数整定有许多种方法,最经典的如Ziegler2N icho ls方法(简称Z2N方法)。
而对于非线性P I D并没有这样的结果。
考察文献[3]中的非线性P I D 调节器可以看出,控制器所采用的模块虽然是非线性模块,但各模块间的组合仍为线性形式。
因此本文对各非线性模块前的系数K1,K2,K3的选取采用与线性P I D相同参数的方法,亦即采用最经典的Z2N方法。
显然这样整定参数的优点很多,例如在实际应用中,可以采用现有的许多线性P I D的自整定参数方法[4]对K1,K2,K3进行整定。
在K1,K2,K3确定之后,Α,Β和∆的选取就显得至关重要。
在111节中给出的系统指标K13描述了系统的可控性,在本文整定参数的过程中,根据大量仿真对这一指标得出了Α,Β和∆的规律性结果如下:74第3期 周 琼等1一种非线性P I D控制器的设计与整定 Α1=1+116K 31Β1=89+2K 31Α2=1+114K 31Β2=1(6)至此,我们给出了非线性P I D 控制器中各参数的整定方法。
2 数值仿真和实验本文针对以下系统应用文献[3]中提出的非线性P I D 控制器进行数值仿真,均取得了良好效果。
G 1(s )=1(s +1)n 3≤n ≤6G 2(s )=e-s L(s +1)2 0.1≤L ≤2G 3(s )=1-Αs(s +1)n 0≤Α≤1(7)在下表中针对上述系统中的一些典型系统给出了仿真结果。
其中,T u 为临界振荡周期;K 31,K 2和K 3如前所述;T p ,Ρ,T s 为线典型系统仿真结果一览表对象T uK 31K 1K 2K 3T P 3T PΡ3 ΡT S 3T S1(s +1)33.58.02.51.00.53.45870.0 0.34564.95879.85871(s +1)610.92.41.420.2611.86 8.35890.0 0.241813.8589 19.159e -2S (s +1)27.31.741.0380.3040.9095.5184 5.71840.1363 0.184210.3184 12.218e -0.2S (s +1)21.410.50.640.90.1075 4.46900.0 0.29585.9065 10.1061-s(s +1)36.32.01.20.40.734.5801 4.98010.0518 0.27214.7801 9.1801性P I D 控制的上升时间、超调量和恢复时间;T 3p ,Ρ3和T 3s 则为非线性P I D 控制的上升时间、超调量和恢复时间。
由图2～4可以直观地看出控制效果,其中图2针对的对象是1(s +1)3,图3针对的对图2 控制效果之一图3 控制效果之二象是e -0.2S(s +1)2,图4针对的对象是1-s (s +1)3。
图4 控制效果之三另外,在1套实验装置上搭建了一个控制系统,装置由一锥罐构成,控制系统包括测量、A D 转换、D A 转换等。
实验所针对的对象是控制一个锥罐的液位,数学模型如下:x α=1k (H +x )2x u +d -L u 式中 d ——锥罐的进水量,作为干扰; u ——控制量,控制锥罐出水; x ——锥罐液位。
实验控制效果如图5所示。
84 炼油化工自动化 1997年德士古重油气化炉的比值控制王守春 戴克中(北京化工四厂仪表车间,102449) (武汉化工学院仪表教研室,430073) 摘要:简述了德士古(T EXA CO )重油气化炉DCS 进料比值控制系统的控制方案和实施过程。
关键词:气化炉 DCS 比值控制 北京化工四厂引进的7万t a 丁辛醇装置于1996年投产成功,其中造气装置是引进美国德士古公司(T EXA CO Co 1)的重油气化技术,其关键装置是高温高压气化炉。
除了重油气化装置以外,还有德士古水煤浆气化造气装置。
1 重油气化装置概况在重油气化装置中,专用的德士古烧嘴装在造气炉顶部。
原料重油、蒸汽和氧气通过这个烧嘴进入造气炉,在218～2.9M Pa 压力和1200～1400℃温度下,进入气化炉的重油被气化。
在炉中的主要化学反应式如下:C m H n S r +m 2O 2→m CO +(n2-r )H 2+rH 2SC m H n S r +m H 2O →m CO +(m +n 2-r )H 2+rH 2SCO +H 2O ←→CO 2+H 2CO +3H 2←→CH 4+H 2O造气炉输出合成气的产量、质量以及装置的安全、寿命与三大物料的进料状况有直接关系。
因此,对重油、蒸汽和氧气采用比值控制就显得至关重要了。
整套丁辛醇装置均采用了先进的DCS 控制系统,其中气化过程的比值控制系统一开车就投入自动,目前运行状况良好。
下面就造气过程三大物料的比值系统进行简单地介绍。
