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常用的PID參數整定方法有哪些

數字PID控制器控制參數的選擇,可按連續-時間PID參數整定方法進行。
    在選擇數字PID參數之前,首先應該確定控制器結構。對允許有靜差(或穩態誤差)的系統,可以適當選擇P或PD控制器,使
穩態誤差在允許的范圍內。對須消除穩態誤差的系統,應選擇包含積分控制的PI或PID控制器。一般來說,PI、PID和P控制器
應用較多。對于有滯后的對象,往往都加入微分控制。
  選擇參數
    控制器結構確定后,即可開始選擇參數。參數的選擇,要根據受控對象的具體特性和對控制系統的性能要求進行。工程上,一般
要求整個閉環系統是穩定的,對給定量的變化能迅速響應并平滑跟蹤,超調量小;在不同干擾作用下,能保證被控量在給定值;當環
境參數發生變化時,整個系統能保持穩定,等等。這些要求,對控制系統自身性能來說,有些是矛盾的。我們須滿足主要的方面的
要求,兼顧其他方面,適當地折衷處理。
    PID控制器的參數整定,可以不依賴于受控對象的數學模型。工程上,PID控制器的參數常常是通過實驗來確定,通過試湊,或者
通過實驗經驗公式來確定。
    常用的方法,采樣周期選擇,
實驗湊試法
    實驗湊試法是通過閉環運行或模擬,觀察系統的響應曲線,然后根據各參數對系統的影響,反復湊試參數,直至出現滿意的響應,
從而確定PID控制參數。
 整定步驟
      實驗湊試法的整定步驟為"先比例,再積分,后微分"。
 (1)整定比例控制
     將比例控制作用由小變到大,觀察各次響應,直至得到反應快、超調小的響應曲線。
 (2)整定積分環節
     若在比例控制下穩態誤差不能滿足要求,需加入積分控制。
     先將步驟(1)中選擇的比例系數減小為原來的50~80%,再將積分時間置一個較大值,觀測響應曲線。然后減小積分時間,
加大積分作用,并相應調整比例系數,反復試湊至得到較滿意的響應,確定比例和積分的參數。
 (3)整定微分環節
     若經過步驟(2),PI控制只能消除穩態誤差,而動態過程不能令人滿意,則應加入微分控制,構成PID控制。
     先置微分時間TD=0,逐漸加大TD,同時相應地改變比例系數和積分時間,反復試湊至獲得滿意的控制效果和PID控制參數。 
實驗經驗法
 
  擴充臨界比例度法
  實驗經驗法調整PID參數的方法中較常用的是擴充臨界比例度法,其優點是,參數的整定不依賴受控對象的數學模型,直接
在現場整定、簡單易行。
     擴充比例度法適用于有自平衡特性的受控對象,是對連續-時間PID控制器參數整定的臨界比例度法的擴充。
   整定步驟
  擴充比例度法整定數字PID控制器參數的步驟是:
 (1)預選擇一個足夠短的采樣周期TS。一般說TS應小于受控對象純延遲時間的十分之一。
 (2)用選定的TS使系統工作。這時去掉積分作用和微分作用,將控制選擇為純比例控制器,構成閉環運行。逐漸減小比例度,即
加大比例放大系數KP,直至系統對輸入的階躍信號的響應出現臨界振蕩(穩定邊緣),將這時的比例放大系數記為Kr,臨界振蕩周
期記為Tr。
 (3)選擇控制度。
     控制度,就是以連續-時間PID控制器為基準,將數字PID控制效果與之相比較。
 通常采用誤差平方積分 作為控制效果的評價函數。
     定義控制度
     采樣周期TS的長短會影響采樣-數據控制系統的品質,同樣是較佳整定,采樣-數據控制系統的控制品質要低于連續-時間控
制系統。因而,控制度總是大于1的,而且控制度越大,相應的采樣-數據控制系統的品質越差。控制度的選擇要從所設計的系統的
控制品質要求出發。
 (4)查表確定參數。根據所選擇的控制度,查表3一2,得出數字PID中相應的參數TS,KP,TI和TD。
 (5)運行與修正。將求得的各參數值加入PID控制器,閉環運行,觀察控制效果,并作適當的調整以獲得比較滿意的效果。