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PID智能調節(jié)儀PID算法
發(fā)布時間：2017-06-19瀏覽次數(shù)：1900返回列表
PID智能調節(jié)儀PID算法
1.AI調節(jié)器PID算法
AI系列智能工業(yè)調節(jié)器中的人工智能控制算法，既對PID算法加以改進和保留，加入模糊控制算法規(guī)則，并對給定值的變化加入了前饋調節(jié)。在誤差大時，運用模糊算法進行調節(jié)，以徹底消除PID飽和積分現(xiàn)象，如同熟練工人進行手動調節(jié)。當誤差趨小時，采用改進后的PID算法控制輸出。其控制參數(shù)采用被控對象特征描述方式。一組(MPT)參數(shù)即可同時確定PID參數(shù)和模糊控制參數(shù)。系統(tǒng)具有無超調和高控制精度等特點。針對不穩(wěn)定的非線形復雜調節(jié)對象，表內設有自適應調節(jié)規(guī)則，可使系統(tǒng)進一步加快響應速度，改善控制品質。針對控制參數(shù)較難確定的現(xiàn)實，表內設有自整定系統(tǒng)，可使系統(tǒng)的控制參數(shù)確定簡單，準確度提高，因此，自整定系統(tǒng)的引入，不僅使復雜勞動簡化，節(jié)約了調試時間，而且提高了控制系統(tǒng)的調節(jié)品質。對于許多復雜的調節(jié)對象，例如電爐溫度控制中的電網電壓變化、外界干擾因素和工作環(huán)境多變等，針對有嚴重非線形的控制對象，國外儀表公司也推出了不少對策和方法。其改進的特點是：當控制偏差大于估計的誤差時，自適應系統(tǒng)不是修改MPT參數(shù)(國外儀表的自適應功能是修改控制參數(shù))，而是修改輸出值來降低誤差。雖然修改范圍有限，但不會出現(xiàn)將原來正確控制參數(shù)改錯的現(xiàn)象，使響應速度加快，使控制精度大大提高。PID算法的改進：
常規(guī)PID算法構成如下：輸出=比例作用(P)+積分作用(I)+微分作用(D)
在常規(guī)PID的控制系統(tǒng)中，減少超調和提高控制精度是難以兩全其美的，這主要是積分作用有缺陷造成的。如果減少積分作用，則靜差不易消除，有擾動時，消除誤差速度變慢，而當加強積分作用時，又難以避免超調，這也是常規(guī)PID控制中經常遇到的難題。
在AI系列智能工業(yè)調節(jié)器中，當控制參數(shù)在比例帶以外時，采用模糊控制，不存在抗飽和積分問題，而對PID算法部分又加以改進如下：輸出=比例作用(P)+積分作用(I)+微分作用(D)+微分積分作用(∫I)
由于儀表中增加了微分積分作用，所以，使常規(guī)PID算法中的積分飽和現(xiàn)象得到較大緩解。不過從上式中可以看到，原有參數(shù)已經較難確定了，又增加了一個新參數(shù)(∫I)，所以，這些參數(shù)必然互相影響，使得新算法參數(shù)更加難以確定。為此，經過認真的研究和實驗分析，比例作用與微分作用的比值和積分作用與微分作用的比值可取相同的值，并且比例作用與微分作用的佳比值同控制對象的滯后時間有關。滯后時間越大，則比例作用響應減少，而微分作用響應增加。兩者存在的關系如下：
比例作用=K(1/t)
微分作用=K(1-1/t)d
式中，K為系數(shù)；t為滯后時間與控制周期的比值；t≥1；d表示微分作用。
由此，可將人工智能控制算法公式改為：
輸出=P［1/t+(1-1/t)d］+(1/M)∫［1/t+(1-1/t)d］
式中，P用于調整微分和比例的大小，P增加，相當于同時將微分時間增加及減少比例帶。反之，P減少，相當于同時將微分時間減少和增大比例帶。M類似積分時間，可用于調整積分和微分積分的大小，t用于調整微分與比例的相互比例成分。如果t=1，則微分作用為0，如果1Ｍ＝０，則積分作用為0。這樣，控制參數(shù)又減少為3個，由于常規(guī)PID參數(shù)的定義只根據算法本身，其特點是不需要考慮被控對象的模型，而改進后的3個控制參數(shù)，由于同原參數(shù)概念不同，所以，定義為MPT控制算法，具體含義如下：
M5為保持參數(shù)：M 5 定義為輸出值變化為5％時，控制對象基本穩(wěn)定后測量值的差值。5表示輸出值變化量為5%，同一系統(tǒng)的M 5參數(shù)一般會隨測量值有所變化，應取工作點附近為準。例如某電爐溫度控制，工作點為700℃，為找出佳M 5值，假定輸出保持為50％時，電爐溫度后穩(wěn)定在700℃左右，而55％輸出時，電爐溫度后穩(wěn)定在750℃左右。則：M 5＝750-700＝50.0（℃）M 5參數(shù)PID調節(jié)的積分時間起相同的作用。M 5值越小，系統(tǒng)積分作用越強。M5值越大，積分作用越弱（積分時間增加）。如果，M=0，則系統(tǒng)取消積分作用。
P為速率參數(shù)：P與每個控制周期內儀表輸出變化時測量值對應變化的大小成反比，其數(shù)值定義如下：P=1000÷每秒鐘測量值升高值（測量值單位是0.1℃或1個定義單位）。例如電爐溫度控制，如果儀表以功率加熱，并假設沒有散熱，電爐每秒升高1℃時，則P=1000÷10=100，在實際應用時，因為沒有散熱的前提條件是無法滿足的，所以，用人工的方式確定P的佳值是不可能的，因此，一般利用自整定方法確定P的佳值，P值對調節(jié)中的比例和微分均有作用。P值越大，比例、微分作用成正比增加，而P值越小，比例、微分作用相應減弱。P參數(shù)與積分作用無關。
T為滯后時間參數(shù)：T定義為某電爐以某功率開始升溫，當其升溫速率達到大值的63.5%時所需要的時間，T值單位是秒(s)。引入參數(shù)T并正確設置時可以完全解決溫度控制的超調現(xiàn)象及振蕩現(xiàn)象，同時使控制響應速度佳。T值的變化，可對調節(jié)作用中的比例和微分起作用，T值越小，比例作用越強，微分作用越弱。T值越大，則比例作用減弱，微分作用增強。如果T≤CTL(控制周期)，則微分作用被完全取消，這時，系統(tǒng)的調節(jié)規(guī)律將成為比例或比例積分調節(jié)規(guī)律。
2.PID自整定原理
執(zhí)行自整定功能前，應先將給定值設置在常用值或是中間值上。自整定時，儀表執(zhí)行位式調節(jié)，經2－3次振蕩后，儀表內部微處理器根據位式控制產生的振蕩，分析其周期、幅度及波型來自動計算出M 5、P、T等控制參數(shù)。參數(shù)CtL及dF的設置，對自整定過程也有影響，一般來說，這2個參數(shù)的設定值越小，理論上自整定參數(shù)準確度越高。但dF值如果過小，則儀表可能因輸入波動而在給定值附近引起位式調節(jié)的誤動作，這樣反而可能整定出徹底錯誤的參數(shù)。推薦CtL=0-2，dF=0.5。此外，基于需要學習的原因，自整定結束后初次使用，控制效果可能不是佳，需要使用一段時間（一般與自整定需要的時間相同）后方可獲得佳效果。
