工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現代化水平的一個(gè)重要標志。同時(shí),控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論,現代控制理論和智能控制理論三個(gè)段。自動(dòng)控制系統可分為開(kāi)環(huán)控制系統和閉環(huán)控制系統。一個(gè)控制系統包括控制器﹑傳感器、變送器、執行機構、輸入輸出接口??刂破鞯妮敵鼋?jīng)過(guò)輸出接口、執行機構,加到被控系統上;控制系統的被控量,經(jīng)過(guò)傳感器,變送器,通過(guò)輸入接口送到控制器。 不同的控制系統,其傳感器、變送器、執行機構是不一樣的。比如壓力控制就要用到壓力傳感器。
電加熱控制系統的傳感器是溫度傳感器。目前,PID控制及其控制器或智能PID控制儀(智能儀表)已經(jīng)很多,產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應用,有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品,各大公司均開(kāi)發(fā)了具有PID參數自整定功能的智能調節器,其中PID控制器參數的自動(dòng)調整是通過(guò)智能化調整或自校正、自適應算法來(lái)實(shí)現。有利用PID控制實(shí)現的壓力、溫度、流量、液位控制器,能實(shí)現PID控制功能的可編程序控制器(PLC),還有可實(shí)現PID控制的PC系統等等。可編程控制器(PLC)是利用其閉環(huán)控制模塊來(lái)實(shí)現PID控制,而可編程控制器(PLC)可以直接與PLC信號模塊、數字量輸入/輸出模塊、仿真模塊、占位模塊、模擬量輸入/輸出模塊等相連,還可以利用網(wǎng)絡(luò )實(shí)現其遠程控制功能。
1.開(kāi)環(huán)控制系統
開(kāi)環(huán)控制系統是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器的輸出沒(méi)有影響。在這種控制系統中,不依賴(lài)將被控量反送回來(lái)以形成任何閉環(huán)回路。
2.PID控制原理和特點(diǎn)
在工程實(shí)際中,應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制,簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制,又稱(chēng)PID調節。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史,它以其結構簡(jiǎn)單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當被控對象的結構和參數不能完全掌握,或得不到精確的數學(xué)模型時(shí),控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí),系統控制器的結構和參數必須依靠經(jīng)驗和現場(chǎng)調試來(lái)確定,這時(shí)應用PID控制技術(shù)最為方便。即當我們不完全了解一個(gè)系統和被控對象﹐或不能通過(guò)有效的測量手段來(lái)獲得系統參數時(shí),最適合用PID控制技術(shù)。PID控制,實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據系統的誤差,利用比例、積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的。
3. 階躍響應
階躍響應是指將一個(gè)階躍輸入加到系統上時(shí),系統的輸出。穩態(tài)誤差是指系統的響應進(jìn)入穩態(tài)后﹐系統的期望輸出與實(shí)際輸出之差??刂葡到y的性能可以用穩、準、快三個(gè)字來(lái)描述。穩是指系統的穩定性,一個(gè)系統要能正常工作,首先必須是穩定,電氣參數不能出現抖動(dòng)、漂移。準是指控制系統的準確性、控制精度,通常用穩態(tài)誤差來(lái)描述,它表示系統輸出穩態(tài)值與期望值之差,快是指控制系統響應的快速性,通常用上升時(shí)間來(lái)定量描述。
4.閉環(huán)控制系統
閉環(huán)控制系統的特點(diǎn)是系統被控對象的輸出(被控制量)會(huì )反送回來(lái)影響控制器的輸出,形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統有正反饋和負反饋,若反饋信號與系統給定值信號相反,則稱(chēng)為負反饋,若極性相同,則稱(chēng)為正反饋,一般閉環(huán)控制系統均采用負反饋,又稱(chēng)負反饋控制系統。閉環(huán)控制系統的例子很多。比如人就是一個(gè)具有負反饋的閉環(huán)控制系統,眼睛便是傳感器,充當反饋,人體系統能通過(guò)不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。如果沒(méi)有眼睛,就沒(méi)有了反饋回路,也就成了一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統。另例,當一臺真正的全智能自動(dòng)洗衣機具有能連續檢查衣物是否洗凈,并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源,它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統。
?。?)比例(P)控制
比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當僅有比例控制時(shí)系統輸出存在穩態(tài)誤差。
?。?)積分(I)控制
在積分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個(gè)自動(dòng)控制系統,如果在進(jìn)入穩態(tài)后存在穩態(tài)誤差,則稱(chēng)這個(gè)控制系統是有穩態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統)。為了消除穩態(tài)誤差,在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時(shí)間的積分,隨著(zhù)時(shí)間的增加,積分項會(huì )增大。這樣,即便誤差很小,積分項也會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的增加而加大,它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩態(tài)誤差進(jìn)一步減小,直到等于零。因此,比例+積分(PI)控制器,可以使系統在進(jìn)入穩態(tài)后無(wú)穩態(tài)誤差。
?。?)微分(D)控制
在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系。
自動(dòng)控制系統在克服誤差的調節過(guò)程中可能會(huì )出現振蕩甚至失穩。其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節)或有滯后組件,具有抑制誤差的作用,其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”,即在誤差接近零時(shí),抑制誤差的作用就應該是零。這就是說(shuō),在控制器中僅引入 “比例”項往往是不夠的,比例項的作用僅是放大誤差的幅值,而目前需要增加的是“微分項”,它能預測誤差變化的趨勢,這樣,具有比例+微分的控制器,就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零,甚至為負值,從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象,比例+微分(PD)控制器能改善系統在調節過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。
5. PID控制器的參數整定:
PID控制器的參數整定是控制系統設計的核心內容。它是根據被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數整定的方法很多,概括起來(lái)有兩大類(lèi):一是理論計算整定法。它主要是依據系統的數學(xué)模型,經(jīng)過(guò)理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用,還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調整和修改。二是工程整定方法,它主要依賴(lài)工程經(jīng)驗,直接在控制系統的試驗中進(jìn)行,方法簡(jiǎn)單、易于掌握,在工程實(shí)際中被廣泛采用。
6.PID控制器參數整定:
?。?)首先預選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統工作;
?。?)僅加入比例控制環(huán)節,直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩,記下這時(shí)的比例放大系數和臨界振蕩周期;
?。?)在一定的控制度下通過(guò)公式計算得到PID控制器的參數。
比例積分微分調節器的簡(jiǎn)稱(chēng)。利用比例微分環(huán)節的領(lǐng)前作用來(lái)對消調節對象中的大慣性,提高精度,加快動(dòng)態(tài)響應速度。
本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/201612/329568.htm
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