由入门到精通----吃透PID 点击:15412 | 回复:131



杖策行吟

    
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发表于:2009-04-16 17:16:19
楼主

友情提示:承蒙网友的厚爱,见到有些网友把此帖转帖,谢谢!希望大家在转贴的时候注明作者:焦作华润白志刚。

目前,本文的最新版本已经编辑完成,如果已经转贴的朋友,请按照最新版本修改。再次感谢!




第一章 自动调节系统的发展历程
1-1 没有控制理论的世界
1-2 控制论
1-3负反馈
1-4 PID
1-5 怎样投自动
1-6 观察哪些曲线
1-7PID的基本原理
1-8PID的曲线
1-9怎样判断PID


第二章 吃透PID
2-1 几个基本名词
2-2 P——纯比例作用趋势图的特征分析
2-3 I—— 纯积分作用趋势图的特征分析
2-4 D——纯微分作用趋势图的特征分析
2-5 比例积分作用的趋势特征分析
2-6 比例积分微分作用的趋势特征分析
2-7 整定参数的几个原则
2-8 整定比例带
2-9 整定积分时间
2-10 整定微分时间
2-11 比例积分微分综合整定
2-12 自动调节系统的质量指标
2-13 整定系统需要注意的几个问题
2-14 整定参数的几个认识的误区
2-15 其它先进控制方法简介



第三章
第三章 火电厂自动调节系统
3-1 火电厂自动调节系统的普遍特点
3-2 自动调节系统的构成
3-3 自动调节系统的跟踪

3-4 高低加水位自动调节系统
一、基本控制策略
二、自平衡能力
三、随动调节系统
四、对于系统耦合的解决办法
五、几个问题:
六、偏差报警与偏差切除

3-5 汽包水位调节系统
一、
任务与重要性
二、
锅炉汽包
三、
虚假水位
四、
影响汽包水位的因素
五、
制定控制策略
六、捍卫“经典”
七、正反作用与参数整定
八、特殊问题的处理方法
九、变态调节

3-6 过热器温度调节系统
一、迟延与惯性
二、重要性
三、干扰因素
四、一级减温水调节系统
五、导前微分自动调节系统
六、导前微分系统的参数整定
七、串级调节系统
八、级调节系统的参数整定
九、修改控制策略,增加抑制干扰能力
十、变态调节方案

3-6主汽压力
一、重要性
二、干扰因素
三、直接能量平衡公式
四、间接能量平衡
五、控制策略
六、参数整定

3-7协调
一、重要性
一、干扰因素
二、机跟炉
三、参数整定
四、炉跟机
五、参数整定
六、负荷前馈
七、压力前馈
八、耦合与解耦
九、特殊解耦
十、一次调频
十一、AGC

3-8 磨煤机优化燃烧





杨过出了一会神,再伸手去会第二柄剑,只提起数尺,呛□一声,竟然脱手掉下,在石上一碰,火花四溅,不禁吓了一跳。

原来那剑黑黝黝的毫无异状,却是沉重之极,三尺多长的一把剑,重量竟自不下七八十斤,比之战阵上最沉重的金刀大戟尤重数倍。杨过提起时如何想得到,出乎不意的手上一沉,便拿捏不住。于是再俯身会起,这次有了防备,会起七八十斤的重物自是不当一回事。看剑下的石刻时,见两行小字道:

“重剑无锋,大巧不工。四十岁前恃之横行天下。”

过了良久,才放下重剑,去取第三柄剑,这一次又上了个当。他只道这剑定然犹重前剑,因此提剑时力运左臂。那知拿在手□却轻飘飘的浑似无物,凝神一看,原来是柄木剑,年深日久,剑身剑柄均已腐朽,但见剑下的石刻道:

“四十岁后,不滞于物,草木竹石均可为剑。自此精修,渐进于无剑胜有剑之境。”

金庸笔下的一代大侠杨过,为什么会发生连续两次发生拿剑失误呢?原因很简单,因为他没有学过自动调节系统啊!可见自动调节系统存在于生活的方方面面,何其平常,又何其重要!吹一下牛皮先。

下面咱们就来说说自动调节系统,它到底是怎么回事,到底是谁先发现的,到底该怎么应用。




杖策行吟

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21楼

1-8 调节器


    控制理论这个大厦基本上建立起来了。其实我更关心的是PID控制方法的建立。说老实话,我总觉得维纳虽然伟大,可是总觉得他的理论不那么“精巧”,说白了谁都能明白。相比之下,我对PID理论的发明人更加佩服。说起来非常简单,不就是比例积分微分运算么,可具体要提出这种方法,还是需要一定的天才的。

    PID是什么?

    要弄清楚怎样定量之前,我们先要理解一个最基本的概念:调节器。调节器是干什么的?调节器就是人的大脑,就是一个调节系统的核心。任何一个控制系统,只要具备了带有PID的大脑或者说是控制方法,那它就是自动调节系统。如果没有带PID的控制方法呢?那可不一定不是自动调节系统,因为后来又涌现各种控制思想。比如时下研究风头最劲的模糊控制,以前还有神经元控制等等;后来又产生了具有自组织能力的调节系统,说白了也就是自动整定参数的能力;还有把模糊控制,或者神经元控制与PID结合在一起应用的综合控制等等。在后面咱们还会有介绍。咱们这个文章,只要不加以特殊说明,都是指的是传统的PID控制。可以这样说:凡是具备控制思想和调节方法的系统都叫自动调节系统。而放置最核心的调节方法的东西叫做调节器。

    基本的调节器具有两个输入量:被调量和设定值。被调量就是反映被调节对象的实际波动的量值。比如水位温度压力等等;设定值顾名思义,是人们设定的值,也就是人们期望被调量需要达到的值。被调量肯定是经常变化的。而设定值可以是固定的,也可以是经常变化的,比如电厂的AGC系统,机组负荷的设定值就是个经常变化的量。

    基本的调节器至少有一个模拟量输出。大脑根据情况运算之后要发布命令了,它发布一个精确的命令让执行机构去按照它的要求动作。在大脑和执行机构(手)之间还会有其他的环节,比如限幅、伺服放大器等等。有的限幅功能做在大脑里,有的伺服放大器做在执行机构里。

    上面说的输入输出三个量是调节器最重要的量,其它还有许多辅助量。比如为了实现手自动切换,需要自动指令;为了安全,需要偏差报警等等。这些可以暂不考虑。为了思考的方便,咱们只要记住这三个量:设定值、被调量、输出指令。

    事实上,为了描述方便,大家习惯上更精简为两个量:输入偏差和输出指令。输入偏差是被调量和设定值之间的差值,这就不用罗嗦了吧?

168888

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22楼
经典,希望继续,学习中……

winter938

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23楼
楼主辛苦了 ,请继续精彩下去!

cquchenyang

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24楼

好帖,望继续精彩下去

13921060096zx

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25楼
嗯!真的不错,能学到好多东西哦!好期待继续!

深水渔

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26楼
楼主,接着来讲哈!前面讲得不错
                我真在学习  PID 哦   感谢楼主.....

杖策行吟

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27楼

1-9 PID



    回到刚才的提问:什么是PID?

    P就是比例,就是输入偏差乘以一个系数;
    I就是积分,就是对输入偏差进行积分运算;
    D就是微分,对输入偏差进行微分运算。

    就这么简单。很多年后,我还始终认为:这个理论真美!
这个方法的发明人似乎是尼可尔斯(Nichols)。我手头没有更多资料,不能确定是不是尼可尔斯发明的。可是PID参数的整定方法确实是他做的。

    其实这个方法已经被广大系统维护者所采用,浅白一点说,就是先把系统调为纯比例作用,然后增强比例作用让系统震荡,记录下比例作用和震荡周期,然后这个比例作用乘以0.6,积分作用适当延长。虽然本文的初衷是力图避免繁琐的计算公式,而用门外汉都能看懂的语言来叙述工程问题,可是对于最基本的公式还要涉及以下的,况且这个公式也很简单,感兴趣的看一下,不感兴趣的可以不看哈。公式表达如下:

 
    Kp = 0.6*Km


  Kd = Kp*π/4*ω


  Ki = Kp*ω/π



    Kp为比例控制参数


  Kd为微分控制参数


  Ki为积分控制参数


  Km为系统开始振荡时的比例值;


  ω为极坐标下振荡时的频率



    这个方法只是提供一个大致的思路,具体情况要复杂得多。比如一个水位调节系统,微分作用可以取消,积分作用根据情况再调节;还有的系统超出常人的理解,某些参数可以设置得非常大或者非常小。具体调节方法咱们后面会专门介绍。微分和积分对系统的影响状况后面也会专门分析。

    科学家们都说科学当中存在着美。我的理解,那种美是力图用最简洁的定义或者公式,去描述宇宙万物的运行规律。比如牛顿的三大运动规律,和他的加速度和力的关系的公式:F=ma。表达极其简洁,涵盖范围却非常之广,所以它们都很美。同样的,我们的PID调节法也是这样的,叙述极简洁,可在调节系统中应用却极普遍。所以,不由得人不感叹它的美!不过说实话,PID控制法虽然精巧,可是并不玄奥。

    现在,世界控制理论有了更大的发展,涌现出了各种各样控制方法。比如神经元控制、模糊控制等等,这些控制过程中,我只接触过模糊控制。用我自己最粗浅的理解,要是对控制系统要求更为精准严格的话,还是要用PID控制来配合的。并且,对于火电厂自动调节系统,我还没有发现有哪种系统用PID调节法不能实现的。如果你认为你所观察的某个系统,单纯用传统的PID调节方法不能解决问题,那存在两个可能:一是你的控制策略可能有问题,二是你的PID参数整定得不够好。

    PID控制法已经当之无愧的成了经典控制方法。我们要讲的,也就是这种经典的PID控制。

得意的笑

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28楼
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lq139588

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29楼
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变幻莫测

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30楼

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杖策行吟

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31楼

1-10 怎样投自动


    判断一个人是不是业内人士的方法之一,就是看他说不说外行话,有时候甚至一个词语就可以判断。判断修改确认PID参数的过程,咱们业内人士有个专用词语:整定。如果读者现在跟谁谁谈话的时候,说PID整定怎么怎么,那么,恭喜你,你是“业内人士”了。

    我刚上班的时候,对自动调节系统一窍不通。在学校仅仅学过一本《热力过程自动化》,一毕业都还给老师了。一上班为了跟上别人,狠劲学习电工电子,以为能维修执行器变送器就可以做好自动工作了。后来一个师傅一句话点醒了我。他说:在自动专业,水平的高低最直接的衡量办法——会不会投自动,也就是看会不会整定参数。当时我就想:自动该有多复杂多难学啊!

    等我后来掌握了,突然觉得,原来整定参数是这么的简单!

    原来整定参数是这么的简单!是的,其实很简单。任何人,只要下过一番功夫,方法对头,就一定能够搞好自动。记住:方法要对。确立了方法之后,下一番枯燥的功夫,观察分析尝试总结,由浅入深,最后你就一定能够投好一套简单的自动。复杂的自动还需要另外一项功夫:多学习,多与运行人员交流。

    记住:多与运行人员交流。这是我告诉你们的第一条秘诀。聊天聊得好就等于看书了。有时候甚至比看书还好。这个秘诀我轻易不传给别人的哦。

    说了一个秘诀,干脆告诉你另一个秘诀:其实咱们前面说过了,要肯下一番枯燥的功夫,去了解比例积分微分的最基本最本质最浅显的原理。等到你了解了比例积分微分的最基本原理,那你就能够判断它们是如何影响调节曲线的了,进而就能够整定参数了,进而你就是行家了。

    要掌握复杂的公式么?可以不掌握。当然,能掌握我也不反对,它们其实是很有用的。

    成为行家原来这么简单。那么你怎么判断一个人是不是自动的行家呢?很简单,我的经验,你只要看他观察哪些曲线就可以了。

1-11 观察哪些曲线



    我曾经见过一个自动好手整定参数,我看他收集的曲线后,我就断定这个自动他投不好。给他提建议,但是因为他的名望比较高,没有听取咱的建议。后来果然没投好。

    观察曲线是发现问题的最方便的办法。

    现在DCS功能很强大,想收集什么曲线就收集什么曲线,只要这个测点被引入DCS。最初可不是这样的。90年代初我用的是DDZ-II型调节器,后来是MZ-III组件型调节系统,再后来是KMM调节器,后来才有了集中控制系统,再后来有了DCS。前三种都不能显示曲线的。只能靠两只眼睛盯着指针或者数字,根据记忆去判断调节曲线,那个费劲啊!可是当时我并不觉得费劲,现在用惯了DCS以后,再拐回头去看数字,才觉得真费劲!还是老话说得好:由俭入奢易,由奢入俭难啊。

    那么到底要观察哪些曲线呢?

    说实话,开始我没有把这个事情当成个问题,觉得是水到渠成的事情。可后来我发现许多人都不善于收集曲线,才觉得有必要说一下。

    我们要收集的曲线有:
    1、设定值。作为比较判断依据;
    2、被调量波动曲线。
    3、

lq139588

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32楼
......................................................

zhangxpjxh

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ts12345

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34楼
搂主厉害,期待继续中。。。

杖策行吟

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35楼
2 PID参数整定

上一章简单介绍了自动调节的发展历程。搞自动的人,许多人对如何整定PID参数感到比较迷茫。这个东西其实一点都不高深,上过初中的人,只要受过严格训练,都可以成为整定参数的好手。什么?初中生理解积分微分的原理么?恩,初中生没有学过微积分,可是一旦你给他讲清楚微积分的物理意义,然后认真训练判断曲线的习惯和能力,完全可以掌握好PID的参数整定。

怎么才算受过严格训练呢?我不了解别人是怎么训练的,我只根据我自己理解的情况,把我认为正确的理解给大家讲述一下。咱既然说了,初中生都可以理解,那么咱依旧避免繁琐的公式推导,只对其进行物理意义分析。

提前声明:这些物理意义的分析,非常简单,非常容易掌握,但是你必须要把下面一些推导结论的描述弄熟弄透,然后才能够进行参数整定。很简单的哦。

在介绍PID参数整定之前,先介绍几个基本概念:



2-1 几个基本概念

单回路:就是指有一个PID的调节系统。

串级:一个PID不够用怎么办?把两个PID串接起来,形成一个串级调节系统。又叫双回路调节系统。在第三章里面,咱们还会更详细的讲解串级调节系统。在此先不作过多介绍。

正作用:比方说一个水池有一个进水口和一个出水口,进水量固定不变,依靠调节出水口的水量调节水池水位。那么水位如果高了,就需要调节出水量增大,对于PID调节器来说,输出随着被调量增高而增高,降低而降低的作用,叫做正作用。

负作用:还是这个水池,我们把出水量固定不变,而依靠调节进水量来调节水池水位。那么如果水池水位增高,就需要关小进水量。对于PID调节器来说,输出随着被调量的增高而降低的作用叫做负作用。

动态偏差:在调节过程中,被调量和设定值之间的偏差随时改变,任意时刻两者之间的偏差叫做动态偏差。简称动差。

静态偏差:调解趋于稳定之后,被调量和设定值之间还存在的偏差叫做静态偏差。简称静差。

回调:调节器调节作用显现,使得被调量开始由上升变为下降,或者由下降变为上升。

tl2007

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36楼
精彩!学习!谢谢!             

杖策行吟

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37楼
2-3 I —— 纯积分作用趋势图的特征分析

I就是积分作用。

一句话简述:如果调节器的输如偏差不等于零,就让调节器的输出按照一定的速度一直朝一个方向累加下去。

积分相当于一个斜率发生器。启动这个发生器的前提是调节器的输如偏差不等于零,斜率的大小与两个参数有关:输入偏差的大小、积分时间。

在许多调节系统中,规定单纯的比例作用是不存在的。它必须要和比例作用配合在一起使用才有意义。我不知道是不是所有的系统都有这么一个规定,之所以说是个规定,是因为,从原理上讲,纯积分作用可以存在,但是很可能没有实用意义。这里不作过分的空想和假设。为了分析方便,咱们把积分作用剥离开来,对其作单纯的分析。

那么单纯积分作用的特性总结如下:
1、 输出的升降与被调量的升降无关,与输入偏差的正负有关。
2、 输出的升降与被调量的大小无关。
3、 输出的斜率与被调量的大小有关。
4、 被调量不管怎么变化,输出始终不会出现节跃扰动。
5、 被调量达到顶点的时候,输出的变化趋势不变,速率开始减缓。
6、 输出曲线达到顶点的时候,必然是输入偏差等于零的时候。

看到了么?纯积分作用的性质很特别。你能根据一个被调量波动波形,画出输出波形么?如果你能画正确,那说明你真正掌握了。

好了,来点枯燥的看图题:

积分作用下,输入偏差变化的响应曲线与比例作用有很大的不同。假设被调量偏高时调门应关小,在定值有一个阶跃扰动时,输出不会作阶跃变化,而是以较高的速率开始升高。如图3:

图3:积分作用下的调节曲线

因输出的响应较比例作用不明显,故被调量开始变化的时刻t2,较比例作用缓慢。在t1到t2的时间内,因为被调量不变,即输入偏差不变,所以输出以不变的速率上升,即呈线性上升。调节器的输出缓慢改变,导致被调量逐渐受到影响而改变。

在t2时刻,被调量开始变化时,输入偏差逐渐减小,输出的速率开始降低。
到t3时刻,偏差为0时,输出不变,输出曲线为水平。然后偏差开始为正时,输出才开始降低。
到t4时刻,被调量达到顶点开始回复,但是因偏差仍旧为正,故输出继续降低只是速率开始减缓。
直到t5时刻,偏差为0时,输出才重新升高。

一般来说,积分作用容易被初学者重视,重视是对的,因为它可以消除静态偏差。可是重视过头了,就会形成积分干扰。先不说怎么判断,能认识图形是最重要的。——本文来自北极星电力论坛『BBS.BJX.COM.CN』原帖地址:http://bbs.bjx.com.cn/bbs/viewthread.php?tid=203881&fromuid=0

9515136

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38楼
好好好dddddddddddddddddddddddd

yjd159

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39楼
mark一下,回头再精读

杖策行吟

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40楼
2-4 D —— 纯微分作用趋势图的特征分析

D就是微分作用。单纯的微分作用是不存在的。同积分作用一样,我们之所以要把微分作用单独隔离开来讲,就是为了理解的方便。

一句话简述:被调量不动,输出不动;被调量一动,输出马上跳。

根据微分作用的特点,咱们可以得出如下曲线的推论:
1、 微分作用与被调量的大小无关,与被调量的变化速率有关;
2、 与被调量的正负无关,与被调量的变化趋势有关;
3、 如果被调量有一个,就相当于输入变化的速度无穷大,那么输出会直接到最小或者最大;
4、 微分参数有的是一个,用微分时间表示。有的分为两个:微分增益和微分时间。微分增益 表示输出波动的幅度,搏动后还要输出回归,微分时间表示回归的快慢。见图4,KD是微分增益,TD是微分时间。
5、 由第4条得出推论:波动调节之后,输出还会自动拐回头。

图4:纯微分作用的阶跃反应曲线

都说微分作用能够超前调节。可是微分作用到底是怎样超前调节的?一些人会忽略这个问题。合理搭配微分增益和微分时间,会起到让你起初意想不到的效果。

比例积分微分三个作用各有各的特点。这个必须要区分清楚。温习一下:

比例作用:输出与输入曲线相似。
积分作用:只要输入有偏差输出就变化。
微分作用:输入有抖动输出才变化,且会猛变化。

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