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  • 过程控制 加热炉课设 简单单回路PID调节 串级控制参数整定 内附流程图SAMA图 原理图 参数整定过程 以及MATLAB仿真文件
  • 串级调节系统参数整定方法(串级调节器参数整定)两步法整定串级调节系统PID参数一步整定法整定串级调节系统PID参数 串级控制系统由单回路PID调节器(作为主调节器)和外给定调节器(作为副调节器)彼此串接组成双回路...

    串级调节系统参数整定方法(串级调节器参数整定)

    串级控制系统由单回路PID调节器(作为主调节器)和外给定调节器(作为副调节器)彼此串接组成双回路调节系统,主调节器的控制输出作为外给定调节器的设定值,外给定调节器的控制输出送往控制调节结构。

    串级调节系统参数整定一般采用两步法和一步完成,串级调节系统与单回路调节系统参数整定思路和方法不同,云南昌晖仪表制造有限公司以图文形式介绍这两种串级调节系统参数整定方法,希望对大家有所帮助。

    两步法整定串级调节系统PID参数

    步骤如下:
    1、将串级调节系统主环闭合,主调节器和副调节器的积分时间放最大,微分时间放最小。
    2、将主调节器的比例度放100%刻度上,按某种衰减比(如4:1)整定副环(整定时副调节器的比例度由大往小逐步变化),求取该衰减比下副调节器的衰减比例度δ2s和衰减操作周期T2s。
    3、将副调节器(外给定调节器)比例度置于δ2s位置,用同样的方法和衰减比整定主环,求取该衰减比下主调节器(单回路调节器)的衰减比例度δ1s和衰减操作周期T1s。
    Alt
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    4、由所得的δ2s、T2s和δ1s、T1s数据,结合调节器的选型,按实验时所选择的衰减比,选择适当的经验公式,求出主调节器和副调节器的整定参数。
    4:1衰减曲线法PID参数整定经验公式
    4:1pid经验公式
    10:1衰减曲线法PID参数整定经验公式
    10:1pid经验公式
    5、按照“先副后主”与“先比例次积分后微分”的次序,将计算出的主调节器和副调节器参数设定好。
    6、观察自动调节系统控制过程,必要时对调节器参数进行适当调整。

    一步整定法整定串级调节系统PID参数

    步骤如下:
    1、首先根据副环参数的类型,按经验法选择好副调节器比例度。
    2、将副调节器按经验值设定好,然后按简单调节系统(单回路调节系统)单回路调节器参数方法整定主调节器参数。
    3、观察调节系统调节过程,根据主调节器(单回路调节器)和副调节器(外给定调节器)放大系数匹配的原理,适当整定主、副调节器参数,使主参数品质最好。
    4、串级调节参数整定过程中如出现振荡,可将主调节器或副调节器任一参数加大,即可消除系统振荡。如果出现剧烈振荡,可将系统转入人工手动操作,待生产稳定之后,重新投运和整定。

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  • 四轴飞行器的串级PID参数整定经验

    千次阅读 多人点赞 2017-11-27 11:22:48
    串级PID即将两个PID控制器按照串联的方式连接起来,前一个的输出作为后一个的输入两者共同控制控制对象。对于四旋翼来讲最普通的就是外环角度环,内环角速度环,两者怎么联系呢?

           

           串级PID即将两个PID控制器按照串联的方式连接起来,前一个的输出作为后一个的输入两者共同控制控制对象。对于四旋翼来讲最普通的就是外环角度环,内环角速度环,两者怎么联系呢,有的说法是:外环:输入为角度,输出为角速度;内环:输入为角速度,输出为PWM增量,这种说法不错但是容易让人误解,输入角度输出怎么变成角速度了,看了别人的程序也没有将角度转化成角速度的处理呀,因为一般思维总会这样想:由角度得到角速度肯定是角度变化量比上时间才对,其实并非如此,这样理解就片面了,其实是与后面的PID控制器有关,前一个PID程序输出的其实还是角度,只是后级PID把它作为角速度了,为什么这么理解,听我给大家举个例子假如说期望横滚角为零度,而此时传感器横滚角为负值那么误差为期望减去测量值为一正值,这个正值经过PID的计算,计算出的结果就是后级PID的输入,后级 PID没有用遥控器控制的期望值,他的期望值就是前级PID的输出值,这个输出值经过PID的计算得出的就是飞行器现在需要的角速度,当然要映射为PWM 增量,角速度还是有电机的升力提供的。那么这个角速度是干嘛用的呢,要把它和期望——遥控器输入值联系起来,期望是横滚角为零,那么这个加速的的方向肯定是纠正现有误差的。如果程序没错的话姿态会被慢慢校正,这个过程是最初输入期望角和姿态角相差最大,那么前级PID输出的值也大,就是后级PID输出角速度也大,但是随着误差被纠正前级PID输出减小,后级一样减小,直至误差为零,那么角速度也为零,没有角速度飞机就是平稳状态。


           对PID有所了解之后在保证姿态角正确,干扰处理的很好之后就可以开始调试PID了,第一步确定硬件没问题,确定电机转向及顺序,这一点大家不要认为它是固定模式,实际上是和程序有关的,就是和你PWM输出有关系的,输出模式可以大致这样写pwm输出=油门±俯仰PID量±横滚PID量± 航向PID量搭配原则是横滚和俯仰在对角电机上市相反的即异号,航向是同号的,至于为什么就和动力学原理有关了。确定顺去及位置的方法最好动手实践确定是对的,在正常的时候斜着放飞机保证总是低的一端的两个电机先转,保证这个之后一般来说顺序就是对的了(在调内环的时候一样的思想可以用,就是给定期望角速度为0然后你手动的给飞机一个角速度应该转哪两个电机自行补脑),然后是正反转,这个对角相同,相邻相反。


           这是准备工作,也就是硬件的部分保证没有差错,当然如果油门行程都没有设置你也不用看这个帖子了。


           串级PID主调内环,内环为增稳环节,如果系统姿态和期望姿态没有偏差系统角速度为零就是理想状态。调PID的方法大致有烤四轴,云台(万向节)四轴,悬吊四轴,云台四轴最为安全,悬吊法最为接近实际飞行情况最为可靠,烤四轴本人没有用过不做评断。第一步就是更改程序结构,改变程序结构就是将内环的输入改为用遥控控制的值(期望角速度)注意这里和姿态角没有关系,只和角速度有关系,所以不要疑惑,为什么看上面串级PID的解释。调内环的时候给期望角速度为零,四轴是不会回到平衡位置的,因为这里根本没有用到姿态,调内环的目的就是内环参数能够很好地跟随打舵(角速度控制模式下的打舵)控制量。在平衡位置附近(正负30度左右),舵量突加,飞机快速响应;舵量回中,飞机立刻停止运动(几乎没有回弹和震荡)也就是说让角速度为多少时能够马上跟随,首先调P,从小到大调节,太小表现为软趴趴的,就是回复力很小,给定角速度为零时用手拨动感觉阻力小,这就是控制力不够需要增大P,有人说需要找到临界振荡值,在我看来没必要,虽然笔者也找了,但是最后由于希望飞行器比较稳定,还是减小了P,大概只有临界振荡值得一半,那调到什么程度呢,个人认为期望角速度为零时,用手拨动感觉阻力较大时就可以,然后可以推动遥控改变期望角速度,适的P能较好的对打舵进行响应,又不太会震荡,但是舵量回中后会回弹好几下才能停止(没有D)。


          微小的振荡是正常的,不要追着不放,然后加入D,微分控制作用的特点是:具有超前调节功能,可有效改善被控对象有较大时间滞后的控制品质。在偏差刚刚出现时产生很大的控制作用,加快系统响应速度,减少调整时间,从而改善系统快速性,并且有助于减小超调,克服振荡,从而提高系统稳定性,但不能消除静态偏差。但是微分作用的输出只与偏差信号的变化速率有关,如果有偏差但不变化,则微分输出为零,故微分控制不能消除余差。所以微分控制器不能单独使用,它常与比例或比例积分控制作用组合,构成PD或PID控制器。(来自课本)个人理解D就是阻尼,就是预知偏差并提前阻碍偏差进一步恶化。加上D,D的效果十分明显,加快打舵响应,最大的作用是能很好地抑制舵量回中后的震荡,可谓立竿见影。太大的D会在横滚俯仰混控时表现出来(尽管在“烤四轴”时的表现可能很好),具体表现是四轴抓在手里推油门会抽搐。如果这样,只能回到“烤四轴”降低D,同时P也只能跟着降低(D具有增大比例稳定范围的作用)。D调整完后可以再次加大P值,以能够跟随打舵为判断标准。但是加上D之后系统还不会处于理想状态,只要重心有问题四轴就会朝某个方向慢慢倾斜,这是正常的,这是就需要考虑加入I,积分。只要偏差存在,输出就会不断累积(输出值越来越大或越来越小),直到偏差为零,累积才会停止。所以,积分控制可以消除余差。积分控制规律又称无差控制规律,只有加入积分系统才能真正的维持在某个位置不懂平衡。加入积分后一般要稍微减小P因为I会使P的稳定范围减小,积分作用太大就会让P处于震荡状态,但是两者又要保持平衡,即在回复力,消除余差,合适的超调三者保持最优组合。达到要求后就要还原程序结构,开始调外环,外环比较好调,找到合适的打舵灵敏度即可,可以使用P,也可以使用PI。


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    PID算法在Matlab串级控制中的应用

    自114 1112002039 陈艳

    前言:这个专题是由王娟老师给我们授课,我感觉收获挺大的,尤其是matlab仿真软件的使用,为我以后的实验课打下良好的基础。

    基于MATLAB的串级控制系统

    研究的对象是一个串联式双容无自衡液位过程,液料流量从上方进料管流进液料贮槽S1 ,贮槽S1的液料经管道流人液料贮槽S2,贮槽S2的泄流管与调速泵相连,液料排出量大小受变频调速器控制.令该变频调速器工作频率恒定,则贮槽S2即构成一个积分时间常数不变的积分环节.现在工艺要求控制贮槽S 的液体料位^为某一定值,即以^为被控量.若选择高位贮槽S1,的进料体积流量q为控制变量,则此双容液位过程的数学模型结构式如下:

    5959d02e28e67b16541bfecb57242a38.png

    从模型可知,该系统是一个有时间延迟的无自衡二阶系统,自身不稳定.若按单回路方法设计控制系统,则因作用于系统的扰动要经过一个滞后时间才能使被控量有所反应,而调节器的控制作用又不能及时反映出来,因此将导致控制过头,产生振荡.理论分析表明,用单回路方法对上述过程进行控制是难以奏效的.该分析结果,也得到实验证实,经现场反复调试得知,在有干扰作用或给定值变化的情形下,系统是无法稳定的.而且由于该串联式双容无自衡液位过程两贮槽串联而存在容量滞后,这些因素致使单回路控制方案难以实施.与单回路方案相比,串级控制系统具有明显优点,在克服容量滞后和纯滞后对控制质量的影响方面有其独到之处,据此设计了如图1所示的串级控制系统.

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  • 很难对控制器的参数进行调整。经典的调谐方法主要是基于试错,很难达到预期的控制效果。针对系统的固有稳定过程,采用频域快速傅立叶变换(FFT)对主次回路对象的特性进行了辨识,并给出了相应的降价模型。根据串级系....

    串级系统与单回路系统的区别在于前者可以得到可测量的中间变量,并利用它形成一个负反馈回路,对影响中间变量的干扰进行预处理,从而提高整个系统的动态品质。然而,由于串级系统中的主次回路之间存在共振现象。很难对控制器的参数进行调整。经典的调谐方法主要是基于试错,很难达到预期的控制效果。针对系统的固有稳定过程,采用频域快速傅立叶变换(FFT)对主次回路对象的特性进行了辨识,并给出了相应的降价模型。根据串级系统的特点和要求,给出了PID参数的自动整定公式。串级调节系统的参数整定通常分为两步和一步完成。串级调节系统参数整定的思想和方法不同于单回路调节系统。

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    第一个:串级控制系统PID参数的一步整定方法。

    这些步骤如下:

    A.首先,根据子回路参数的类型,根据经验方法选择子调节器的比例。根据经验值设置子调节器,再根据简单调节器系统(单回路调节器系统)的单回路调节器参数法设置主要调节器参数。观察调节系统的调节过程。根据主调节器(单回路调节器)和次级调节器(外部给定调节器)放大系数匹配的原则,适当调整主调节器和副调节器的参数,使主要参数的质量最好。

    B.如果串级调节参数在调节过程中出现振荡,可以增大主调节器或副调节器的任何参数,以消除系统振荡。

    C.如果出现严重振荡,系统可转为人工操作,稳定生产后投入运行并重新设定。

    158093383_2_20190405122111925

    第二:串级控制系统PID参数整定的两步法。

    这些步骤如下:

    A.关闭串级调节系统的主回路,使主调节器和副调节器的积分时间最大,微分时间最小。

    B.将主调节器的比例放在100%的比例上,并按照一定的衰减率(例如4:1)设置副回路。子调整器在此衰减率下的衰减率可通过从子调整器的比例由大到小的逐步变化来计算。在此衰减率下,副调节器的衰减率可计算为δ2S和衰减期T2 s。

    C.将副调节器(外部给定调节器)的比例度放置在增量2s的位置。用相同的方法和衰减率设置主回路,计算衰减比下主调节器(单回路调节器)的衰减率δ1s和衰减期T1s。

    D.根据δ2s、T2 s和δ1s、T1s的数据,结合稳压器的选型,根据试验中选定的衰减率,选择合适的经验公式,得到主调节器和副调节器的整定参数。

    E.1衰减曲线法PID参数整定经验公式10:1衰减曲线法PID参数整定经验公式。

    F.根据“先从主”和“先成比例后积分再微分”的顺序,对主调节器和二次调节器的计算参数进行了设置。

    G.观察自动控制系统的控制过程,

    必要时适当调整调节器的参数。针对串级系统的固有稳定过程,利用FFT变换对串级系统的输入输出数据进行分析,得到主次对象的频域特性。

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    通过降阶得到了系统的二阶模型和无量纲时滞。给出了主回路和二次回路PID参数自动整定的算法和公式。仿真结果表明,该方法具有良好的跟踪性能和抗干扰性能。你认为如何?

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串级控制参数整定