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自動調節系統的構成-從入門到精通PID參數整定

2016/9/10 13:52:24 人評論 次瀏覽 分類:過程控制  文章地址:http://www.gsipv.com/tech/1069.html

在文章《PID誕生記》白志剛介紹了自動調節的發展歷程。搞自動控制的人,許多人對如何整定PID參數感到比較迷茫。課本上說:整定參數的方法有理論計算法和經驗試湊法兩種。

理論計算法需要大量的計算,對于初學者和數學底子薄弱的人會望而卻步,并且計算效果還需要進一步的修改整定,至今還有人在研究理論確認調節參數的方法。所以,在實際應用過程中,理論計算法比較少。

PID參數整定經驗試湊法最廣為人知的就是第一章提到的整定口訣了。該方法提供了一個大致整定的方向性思路。早期整定參數,需要兩只眼睛盯著數據看,不斷地思考琢磨。上世紀90年代的時候,我就曾經面對著Ⅱ型和Ⅲ型儀表,就這么琢磨。如果是調節周期長的系統,比如汽溫控制,需要耗費大量的時間。

科學發展到了今天,DCS應用極其普遍,趨勢圖收集極其方便。對于單個儀表,也大都有趨勢顯示功能。所以,我們完全可以借助趨勢圖功能,進行參數整定。

我們可以依靠分析比例、積分、微分的基本性質,判讀趨勢圖中比例、積分、微分的基本曲線特征,從而對PID參數進行整定。這個方法雖然基本等同于經驗試湊法,但是它又比傳統的經驗試湊法更快速更直觀,更容易整定。因而,我把這種依靠對趨勢圖的判讀,整定參數的辦法,稱之為:趨勢讀定法。

白志剛撰寫的《自動調節系統解析與PID整定》介紹一種PID參數整定方法:趨勢讀定法。趨勢讀定法盡量避免高深的理論和公式,初學者只要了解自動化系統的構成、PID最基本概念和時間比例積分三要素作用的趨勢圖就可以整定PID參數,趨勢讀定法對PID參數整定初學者和經驗豐富的PID參數整定高手都有極大的幫助,可輕松幫助大家完成單回路調節系統、串級調節系統和復雜控制系統的PID參數整定,讓控制系統達到最佳控制效果。PID參數整趨勢讀定法三要素:設定值、被調量、輸出。三個曲線缺一不可。串級系統參照這個執行。這個所謂的趨勢讀定法,其實早就被廣大的自動維護人員所掌握,只是有些人的思考還不夠深入,方法還不夠純熟。這里我把它總結起來,大家一起思考。

提前聲明;這些物理意義的分析,非常簡單,非常容易掌握,但是你必須要把下面一些推導結論的描述弄熟弄透,然后才能夠進行參數整定。
在介紹PID參數整定之前,先介紹一下自動調節系統的構成。

1、被調對象
也叫被調量,包括壓力、溫度、水位、流量、濃度、功率、轉速、電壓、電流、含量、位移、方向、比例等。電廠常用的是壓力、溫度、水位、轉速、功率。

2、調節器
最初是單回路調節器,后來發展到串級調節系統。現在一般書上把串級調節系統也叫做雙回路。副調(外給定PID調節器)叫做內回路,主調(單回路調節器)叫做外回路,合稱雙回路。

這種叫法不大合適。為什么呢?因為當時只考慮到了兩個PID串在一起組成一個調節系統,卻沒有考慮到兩個PID不串在一起,卻仍舊是一個調節系統的情況。所以給現在的表述造成困難。當時的標準:兩個PID不串在一起,就是兩個調節系統。不一定的。比如兩個互為備用的系統,控制的是一個被調量。有人說是兩套系統,不妥。也有兩個串級之間相互切換的,比如兩個給水泵互為備用,調節汽包水位。它們都是控制一個被調量,應該算做一個調節系統。

更為復雜的,電廠的自控人員都知道協調系統。嚴格來說,協調包括了兩套調節系統:功率回路和汽壓回路。可是一般都說協調,基本上都說在一起了。當然,協調系統說成兩個系統也未嘗不可,畢竟它們各有各的被調量。

3、執行機構
執行機構應該包括執行器和閥門兩大部分,分類很多。這一部分將在其他文章中詳細介紹。

【小貼士】
如果您選用的PID調節器用于自動控制系統,我給您以下建議:

1、國內大多數儀表生產的調節器是經典PID算法的PID調節器,在溫度大滯后等工況中無論您怎樣整定PID參數,均難在這種工況中取得好的控制效果。
2、目前調節器的控制算法很多,比較經濟實惠而控制效果很好的是人工智能PID調節器,尤其儀表啟動自整定功能后,基本不需要人工干預就可獲取最佳的PID參數,對PID參數初學者或經驗不足者調試控制系統時省心省力,輕松讓控制系統達到很好的控制效果。
人工智能調節器