柴油發(fā)電機(jī)組數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)中PID控制參數(shù)整定

柴油發(fā)電機(jī)組數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)中PID控制參數(shù)整定

數(shù)字PID控制參數(shù)整定的任務(wù)主要是確定數(shù)字PID的參數(shù)KP、T1、TD和T。
    對(duì)于簡單控制系統(tǒng)，可采用理論計(jì)算方法確定這些參數(shù)。但由于柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的工況較為復(fù)雜，其數(shù)學(xué)模型并非十分精確，在此，采用工程整定常用的擴(kuò)充臨界比例帶法，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)法再對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，得到最終的PID參數(shù)。
    （1）采樣周期T的選擇
在數(shù)字控制系統(tǒng)中，采樣周期T是一個(gè)比較重要的因素，采樣周期的選取，應(yīng)與PID參數(shù)的整定綜合考慮。
首先，采樣周期T的選取應(yīng)滿足以下要求：遠(yuǎn)小于對(duì)象擾動(dòng)周期；比對(duì)象時(shí)間常數(shù)小得多；盡量縮短采樣周期，以改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。
該系統(tǒng)中，PID調(diào)節(jié)控制過程是在定時(shí)中斷狀態(tài)下完成的，因此，采樣周期T的大小必須保證中斷服務(wù)程序的正常運(yùn)行。在不影響中斷程序運(yùn)行的情況下，可取采樣周期T＝0．1τ（τ為柴油機(jī)的純滯后時(shí)間）。當(dāng)中斷程序運(yùn)行時(shí)間Tz大于0．1τ時(shí)，則取T＝Tz，采樣周期可按下式確定：

    （2）臨界振蕩周期Ts的確定
初始確定數(shù)字PID參數(shù)時(shí)，在用上述方法確定采樣周期T的條件下，從調(diào)速系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)回路中，去掉數(shù)字控制器的微分控制作用和積分控制作用，只采用比例調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)來確定系統(tǒng)的振蕩周期Ts和臨界比例系數(shù)Ks。由單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制比例系數(shù)KP，并逐漸增大Kp，直到系統(tǒng)出現(xiàn)持續(xù)的等幅振蕩，然后由單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)記錄并顯示調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生等幅振蕩時(shí)的臨界比例度δ和相應(yīng)的臨界振蕩周期Ts。

式中 Ks——等幅振蕩時(shí)的臨界比例系數(shù)

（3）控制度的選擇
控制度就是以模擬調(diào)節(jié)器為基礎(chǔ)，定量衡量數(shù)字控制系統(tǒng)與模擬調(diào)節(jié)器對(duì)同一對(duì)象的控制效果。控制效果就是采用某一積分準(zhǔn)則，根據(jù)系統(tǒng)在規(guī)定的輸入下的輸出響應(yīng)，使用該準(zhǔn)則取最小值時(shí)的最

    式中，下標(biāo)DDC和ANA分別表示直接數(shù)字控制和模擬調(diào)節(jié)器控制。
如前所述，采樣周期T的長短會(huì)影響系統(tǒng)的控制品質(zhì)，同樣是最佳整定，數(shù)字控制系統(tǒng)的品質(zhì)要低于模擬系統(tǒng)的控制品質(zhì)。即控制度總是大于1的，且控制度越大，相應(yīng)的數(shù)字控制系統(tǒng)品質(zhì)越差。
為獲得與模擬控制器相當(dāng)?shù)钠焚|(zhì)，控制度選為1．05。不同控制度時(shí)，擴(kuò)充臨界比例帶法PID參數(shù)計(jì)算公式見表1。

    （4）KP、K1、KD、T的求取
根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得Ks和Ts及選定的控制度，按表1計(jì)算出數(shù)字PID參數(shù)Kp、T1、TD和T。
    （5）控制效果的調(diào)節(jié)
按求得的參數(shù)值在調(diào)速控制系統(tǒng)中運(yùn)行，并觀察控制效果。如控制效果達(dá)不到控制要求，可基于以下原則，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法對(duì)參數(shù)做適當(dāng)調(diào)整。
①增大比例系數(shù)Kp，將加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但過大會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生較大超調(diào)，甚至產(chǎn)生振蕩。
②增大積分時(shí)間T1，有利于減小超調(diào)，減少振蕩，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但會(huì)增加系統(tǒng)過渡過程時(shí)間。
③增大微分時(shí)間常數(shù)TD有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)，使超調(diào)減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱，對(duì)擾動(dòng)有較敏感的響應(yīng)。
基于上述原則，調(diào)整PID參數(shù)時(shí)，應(yīng)先比例、后積分、再微分進(jìn)行調(diào)整。

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