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力控的策略控制器PID算法介紹及應(yīng)用

2009年05月17日 17:02:03人氣:784來源:煙臺勾股通信技術(shù)有限公司

力控的策略控制器可以方便地實施多種控制算法,在這里我們以PID為例介紹如何在力控中組建一個PID控制系統(tǒng)。
  
  多年以來,在過程控制中,按偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)進行控制的PID控制器(亦稱PID調(diào)節(jié)器)是應(yīng)用的一種自動控制器。它具有原理簡單,易于實現(xiàn),適用面廣,控制參數(shù)相互獨立,參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點;而且在理論上可以證明,對于過程控制的典型對象──“一階滯后+純滯后”與“二階滯后+純滯后”的控制對象,PID控制器是一種*控制。PID調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法,它的參數(shù)整定方式簡便,結(jié)構(gòu)改變靈活(PI、PD、…)。長期以來被廣大科學(xué)技術(shù)人員及現(xiàn)場操作人員所采用,并積累了大量的經(jīng)驗。
  
  連續(xù)系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器為對誤差的比例、積分和微分控制,即


  或


  式中:Ti、Td分別為積分和微分時間常數(shù);Kp、Ki、Kd分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)。在計算機控制系統(tǒng)中使用的是PID數(shù)字調(diào)節(jié)器,就是對式(1)離散化 ,令


  式中,T是采樣周期。由式(1)與式(3)可得


  式(4)稱為位置式PID控制算法。
  
  由于位置式算法輸出在計算過程中容易產(chǎn)生積分飽和作用,導(dǎo)致控制器的響應(yīng)速度變慢,而且由于積分的累積作用,在手動和自動切換時,很難做到無擾動切換。因此,人們又提出一種新的控制算法,PID增量式控制算法:


  在力控的策略控制器中采用的是增量式算法,但是輸出采用位置式輸出。即把上次輸出加上本次計算的增量輸出即得到本次的位置式輸出。
  
  PID控制回路有三種方式,手動,自動和串級,在手動狀態(tài)下,PID控制回路相當(dāng)于手動調(diào)節(jié)器。在自動狀態(tài)下,PID控制回路完成PID算法,設(shè)定值由操作站給定,在串級狀態(tài),設(shè)定值由主回路的輸出給定。當(dāng)回路處于手動狀態(tài)下時,設(shè)定值具有自動跟蹤測量值功能,以便從手動切換到自動狀態(tài)時,切換時是無擾動的;當(dāng)回路處自動狀態(tài)時,主回路的輸出自動跟蹤副回路的設(shè)定,以便當(dāng)下一級控制回路從自動切換到串級時,切換時是無擾動的。
  
   
  其實現(xiàn)過程如下:
  
  1)如果是緊急狀態(tài),則進入安全態(tài)處理。不執(zhí)行以下步驟。
  
  2)如果存在副回路,并且副回路不處于串級狀態(tài),則該回路:
  
  a),如果副回路是手動狀態(tài),則該回路進入手動狀態(tài),并且輸出跟蹤副回路的設(shè)定值;
  
  b),如果副回路是自動狀態(tài),輸出跟蹤副回路的設(shè)定值。
  
   
  
  
  
  不執(zhí)行以下步驟。
  
  3)如果該回路是手動狀態(tài),則直接輸出,不執(zhí)行以下步驟;
  
  4)檢查輸入和設(shè)定值是否超限,如果超限,進行超限處理;
  
  5)則計算偏差。檢查是否有偏差死區(qū),如果有,則處理偏差死區(qū);
  
  6)計算PID的控制輸出;
  
   7)判斷輸出和變化率是否超限,如果超限則進行處理。
  
    
  
  
  
  在力控的策略控制器中,很容易就可以實現(xiàn)一個PID回路。*入力控的策略控制器組態(tài)環(huán)境Strategy
  Builder,如果沒有主策略,這時會提示建立一個主策略,如果已經(jīng)存在一個主策略,則打開該策略(或打開其它的子策略)。在左側(cè)的導(dǎo)航器中選擇工具\控制算法\PID控制器,然后在右邊的工作區(qū)點擊鼠標(biāo),就可以畫出一個PID控制塊。選中該塊,可以改變其參數(shù),如點名、比例、積分、微分等各種參數(shù)。再選擇輸入輸出變量,輸入變量可以是力控實時數(shù)據(jù)庫中的變量,也可以是策略控制器中的I/O點。在本例中,我們用實時數(shù)據(jù)庫中的點來實現(xiàn)。如同畫PID控制塊一樣,選擇工具\變量\數(shù)據(jù)庫輸入變量(數(shù)據(jù)庫輸出變量)畫出兩個數(shù)據(jù)庫變量引用塊。然后在屬性中選擇輸入輸出的變量。在輸入變量aaa.pv的輸出管腳上雙擊,再在PID控制塊的PV管腳上雙擊,這樣就在兩者之間形成了一條線,這表示把aaa.pv的值作為PID控制塊的測量值。同樣把PID控制塊的輸出連接到aaa1.pv上。如下圖所示:


  然后,從菜單中選擇編譯和運行中選擇編譯當(dāng)前工程,然后,運行當(dāng)前工程,就可以實施PID控制了。
  
  PID參數(shù)的選擇:
  
  
  
  數(shù)字PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定可以仿照模擬PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的各種方法,根據(jù)工藝對控制性能的要求,決定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。這里就各個參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響簡單加以說明。
  
 ?、俦壤禂?shù)P對系統(tǒng)性能的影響:比例系數(shù)加大,使系統(tǒng)的動作靈敏,速度加快,穩(wěn)態(tài)誤差減?。籔偏大,振蕩次數(shù)加多,調(diào)節(jié)時間加長;P太大時,系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定;P太小,又會使系統(tǒng)的動作緩慢。P可以選負數(shù),這主要是由執(zhí)行機構(gòu)、傳感器以及控制對象的特性決定的。如果P的符號選擇不當(dāng)對象測量值就會離控制目標(biāo)的設(shè)定值越來越遠,如果出現(xiàn)這樣的情況P的符號就一定要取反。同時要注意的是,力控的策略控制器的PID控制塊的P參數(shù)是PID控制中的增益。
  
 ?、诜e分控制I對系統(tǒng)性能的影響:積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降,I?。ǚe分作用強)會使系統(tǒng)不穩(wěn)定,但能消除穩(wěn)態(tài)誤差,提高系統(tǒng)的控制精度。
  
 ?、畚⒎挚刂艱對系統(tǒng)性能的影響:微分作用可以改善動態(tài)特性,D偏大時,超調(diào)量較大,調(diào)節(jié)時間較短;D偏小時,超調(diào)量也較大,調(diào)節(jié)時間也較長;只有D合適,才能使超調(diào)量較小,減短調(diào)節(jié)時間。
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