ＰＩＤ现场实验整定法在温度控制系统中的运用(2)
2014-08-21 01:32
导读：3 系统PID参数整定方法及计算 系统整定是指选择调节器的比例度 、积分时间TI和微分时间Td的具体数值。系统整定的实质，就是通过改变控制参数使调节器
3 系统PID参数整定方法及计算
系统整定是指选择调节器的比例度 、积分时间TI和微分时间Td的具体数值。系统整定的实质，就是通过改变控制参数使调节器特性和被控过程特性配合好，来改善系统的动态和静态特性，求得最佳的控制效果。系统的良好控制效果一般要求：瞬时响应的衰减率(0.75-0.9)（以保证系统具有一定的稳定性储备），尽量减小稳态偏差(余差)、最大偏差和过度过程时间。
工程上得到广泛应用的PID参数整定方法通常有：动态特性参数法、临界比例度法、衰减曲线法、现场实验整定法等。它直接在过程控制系统中进行，其方法简单，计算简便，而且轻易把握.。在实际应用中，将调节器的整定参数按先比例、后积分、最后微分的程序置于某些经验数值后，再作给定位扰动，观察系统过度过程曲线。若曲线还不够理想，则改变调节器的δ、TI、Td值，进行反复凑试，以寻求最佳的整定参数，直到控制质量符合要求为止。
控制器设计总体指标可以概括为：稳、准、快，均衡调节以Kp、Ki、Kd三参数则可一定程度上满足上述三个指标的要求。在控制初期，关键要克服各环节的滞后，为了避免积分饱和造成较大超调，Ki应选的小一些。在控制中期，系统偏差以减小，但为了不过分影响稳定性，Ki可适当增大一些。在调节过程后期，为减小稳太误差，进步控制精度，Ki可选取更大一些。在控制初期，为尽快消除偏差，进步响应速度，Kp应该取大一些；在控制过程中期，为了防止超调过大造成震荡，Kp要减小些；在控制过程后期，则要克服超调，使系统尽快稳定，Kp值要再减小一些。纯大滞后系统在控制中，轻易产生超调，使系统失稳。其主要原因是：其时滞阶段对误差的积分太大。因此，为了改善纯大滞后系统的相应特性，对积分因子提出了新的要求。
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本次测试温度定值，选用PID参数整定方法中的现场实验整定法。现场实验整定法是通过仿真或实际运行，观察系统对典型输进作用的响应曲线，根据各控制参数对系统的影响，反复调节试凑，直到满足为止，从而确定PID参数。PID控制器各参数对系统的影响是；增大开环比例系数Kp，一般将加快系统的影响速度，在有静差的情况下则有利于减小静差；但过大的比例系数又会加大系统超调，甚至产生振荡，使系统不稳定。在现场实验整定法时，实行先比例、后积分、再微分的反复调整。积分时间和比例时间成反比，积分系数大，即积分时间短，导致超调过大。微分系数和微分时间成正比，微分系数过大，即微分时间过大，导致系统不稳定。 4 系统软件设计
软件设计主程序流程图2。其中PID数字控制器是本系统设计的核心，用它对被测参数进行自动调节。
5 控制系统调节时间和超调量调试
1. 测试仪器：秒表、温度计2. 测试方法：由于系统具有温度调节和控制的作用，通过设定欲达到的温度数值，然后对比设定值和实际丈量值，丈量出系统的最大超调量丈量达到设定值所需要的时间（t）以及终极达到终值±0.2℃所需的时间（调节时间）；分析系统响应误差，绘制出系统的响应曲线；完成响应的数据记录。3. 测试数据记录：（1） 测试传感器DP18B20的，其测试数据如表1所示。(2)达到设定值时间的测试（系统的初始温度为30℃，设定值为53℃）；通过5次观察测试系统达到设定所需要的时间如表2所示。(3) 系统最大超调量的测试。通过5次观察测试系统的最大超调量数据如表3所示。(4) 观察系统的稳态误差带通过表1丈量所得数据显示值与丈量值比较可以看出传感起的误差基本上在±0.1之间，由于所采用的温度计的最小刻度值为2℃，所以用温度计所丈量的数值存在较大误差。表2中所丈量的数值可以看出系统达到所设定温度所需的时间约为135.2 s（5次丈量所的均匀时间）。分析表3中数据可以看出系统的最大超调量约为0.3℃，由于所用的无触点固态继电器在较高的工作频率作用下不会像有触电的继电
