PID参数整定求助？

yaodongliang · 发表于 2012-7-12 17:47:14

各位大侠，小弟现在遇到一个PID参数整定的问题，求赐教：

本系统的目的控制气缸里面的压力稳定在我的设定值。其结构气泵通过电磁阀连接到气缸，压力传感器也连接在气缸上，我通过压力传感器反馈的压力值，通过DA输出控制TIP122(三极管放大)控制电磁阀通断（注：电磁阀有一个特性，通过控制通过电磁阀的电流，可以使电磁阀微打开）。

我的压力控制范围是0~500KPA，所以，我选定300KPA做我的稳定压力设定值，系统从0开始稳压。我使用的是增量式PID，反馈量是当前压力值，误差e(k)=P设定值-P当前。PID调节输出量是deltaDA值，V当前值 = V前一状态+deltaV。通过调节DA的大小控制TIP122来控制电磁阀的开关。
下面是参数调整过程
首先调整P，使系统能够振荡，从小到大，当我P = 5.9的时候，系统出现振荡，当时系统的静态误差比较大，如下：

于是，按网上说法，再调整I，P取60%P振荡值，也就是P=3.51 I = 1.023的时候，静态误差基本可以消除，但是稳定时间比较长，稳定后，DA输出为0，振幅比较大，，图形如下：

于是我继续降低I的值，随着I的降低，系统振荡越来越小，调整周期降低速度比较慢，但是静态误差越来越大，当I = 0.025时，静态误差达到了60KPA，其图形如下：

于是，我引入积分，当P = 3.51，I = 0.025 D = 230的时候，出现了一个调整时间比较短的波形，请问为啥会出现如下波形呢？如下：

请问大家，我想调到别人所说的一大波一小波，并消除静态误差，达到理想的控制效果，应该如何操作呢？

hadio · 发表于 2012-7-12 19:23:02

确定控制电流大小可以控制电磁阀的开度吗？没有这样用过，如果确实可以，消除静态误差可增大KI

yaodongliang · 发表于 2012-7-12 20:08:05

hadio 发表于 2012-7-12 19:23
确定控制电流大小可以控制电磁阀的开度吗？没有这样用过，如果确实可以，消除静态误差可增大KI ...

那个可以，只是这个过程是一个不确定的因素，恩，我增大了I，随着I的增大，静态误差会减小，但是，调整时间会加长，振幅会变大，出现我上图中的波形。

tiancaigao7 · 发表于 2012-7-12 20:59:51

推荐使用分段式的调解方式，当误差大于一个限度的时候，只是用比例控制，当误差进入你设定的范围后，使用PD控制。

yaodongliang · 发表于 2012-7-12 21:34:25

tiancaigao7 发表于 2012-7-12 20:59
推荐使用分段式的调解方式，当误差大于一个限度的时候，只是用比例控制，当误差进入你设定的范围后，使用PD ...

谢谢，主要是气压有一个虚压，刚开始的时候，气泵里面的气体充气进来，会有一个很大的虚压，分段的话，不知道该怎么分！

coleyao · 发表于 2012-7-13 12:20:39

你的PID算法不是增量式，而是位置式：你的控制用公式应该是DAout=KP*deltaA/D+KI*Sum (deltaA/D) +KD*(deltaA/D-deltaA/D') deltaA/D'为上个采样周期的值，Sum (deltaA/D)为deltaA/D的积分，deltaA/D为SetDA-A/D返回值（设定值-当前实际测量值），我不知道你说的情况是不是如我附件中仿真的那样，绿色线为仅有比例作用时的控制效果，离设定值（黑色线）较远，红色线为加入了积分作用后的效果，已经没有残差，不知道是不是你说的那种一大一小。另外我也很好奇为啥是有波动才好，而不是如第二张图中那样没有超调或超调很小的那种。

yaodongliang · 发表于 2012-7-13 15:21:21

coleyao 发表于 2012-7-13 12:20
你的PID算法不是增量式，而是位置式：你的控制用公式应该是DAout=KP*deltaA/D+KI*Sum (deltaA/D) +KD*(delt ...

coleyao，你好，我用的是增量式的PID，计算公式是 deltaV = P*(e - e1)+I*e+D(e-2e1+e2)，其中deltaV是DA差值，e是当前设定值-当前压力值 e1是当前设定值-前一处理压力值 e2是当前设定值-再前一处理压力值.
我的采样周期是6K，处理周期是1K

lcw_swust · 发表于 2012-7-13 16:58:31

P取大点，I取小点，D可以取0

coleyao · 发表于 2012-7-13 19:15:18

本帖最后由 coleyao 于 2012-7-13 19:18 编辑

yaodongliang 发表于 2012-7-13 15:21
coleyao，你好，我用的是增量式的PID，计算公式是 deltaV = P*(e - e1)+I*e+D(e-2e1+e2)，其中deltaV是DA ...

OK,我顺着你的思路仿真了一下，如附件（纯比例与比例+积分两种情况）所示，几乎出现一大一小两个波形已经是最佳情况了。不过我建议你放弃目前的思路，首先放弃D(令D=0);
其次令deltaV = P*(e - e1)+I*e=I*(e+P/I *(e-e1))，使得P/I大致等于系统延时的2倍左右，然后调整I，使得系统的干扰抑制能力达到最佳，如另一张图所示，其实公式和原理都是一样的，有空的话建议多玩玩我写的PID温控仿真软件。(两种方法有明显的不同，比例系数一为负，一为正)

yaodongliang · 发表于 2012-7-14 11:04:21

coleyao 发表于 2012-7-13 19:15
OK,我顺着你的思路仿真了一下，如附件（纯比例与比例+积分两种情况）所示，几乎出现一大一小两个波形已 ...

coleyao，你好，请问你指的系统延时是PID处理时间，还是达到压力稳定的时间呢？

coleyao · 发表于 2012-7-14 12:22:23

本帖最后由 coleyao 于 2012-7-14 12:55 编辑

没必要知道确切的值，知道该值太大或太小时的响应情况就好了，知道调节方向然后调整到理论值附近。
来自：amoBBS 阿莫电子论坛 Android客户端
在系统只有积分部分的时候，当积分系数较小的时候，系统会稳定，只是调节时间较长，如附图，另外积分系数如果较大，系统就会振荡，振荡的频率与系统延时数量级是相同的，可用作系统延时值估算，不过如果系统不允许振荡，就只能慢慢调了，调好后大体如第三张图的样子(实际的系统延时设40秒，P/I=100=2.5*40，I=0.25)，如果再细致地调一下(减小I，加大P/I)，可以得到第四张图。

coleyao · 发表于 2012-7-21 09:22:26

本帖最后由 coleyao 于 2012-7-21 09:24 编辑

对于位置式PID的增量形式：递增量= KP*vT +KI*ET[CountT] +KD*aT；先调KP，然后在调KI，得到的控制系统可以平衡，但此时KP系数为负的，系统几乎没有抗干扰能力，如果先调KI，再调KP/KI则系统一样可以平衡，各项参数（超调、抗干扰能力etc.）明显要好的多，对比效果附件所示，如果不忙的话建议花点时间仔细读一下我的帖子 http://www.amobbs.com/thread-5484520-1-1.html 。

qwerttt · 发表于 2012-7-26 22:29:31

不知楼主用的什么电磁阀，或者说是个比例阀
记得以前第一代是用SMC比例阀，控制开度，但成本高
后来是用电机，在后来是子弹阀(像子弹的小型电磁阀)+电机，在在后来纯电磁阀控
气压控制上由软件PID，到后来的硬件PID+软件PID，硬件PID完成粗控

是否能控好跟整套气路系统设计有很大关系，如气缸大小，放气控制
就单纯控制气压用经典PID也能控好，液压会更难

楼主用增量或是位置式都是可以的，主要是分段控制，找到PID
只有一组PID参数控制全量程，难达到，当然自控理论水平高者除外

yaodongliang · 发表于 2012-7-27 22:00:49

qwerttt 发表于 2012-7-26 22:29
不知楼主用的什么电磁阀，或者说是个比例阀
记得以前第一代是用SMC比例阀，控制开度，但成本高
后来是用电 ...

qwerttt，你好，我是用的MAC系列高速电磁阀，打开时间7ms，关闭2ms。我在进行调节的时候，P与I不管怎么调节，都无法达到那种压力表指针一定速率上升的情况（电磁阀的一种特殊状态，开一定角度），指针摆动比较大，后来引入了D，当D比较大时，可以找到那种状态，但是稳态误差比较大，感觉有20KPA的死区调节，也就是说，在设定压力前后有10KPA，不调节。在这种情况下，不管怎么调整I，都无法达到满意效果。
请问qwerttt，我整个系统，对采样时间和处理时间有要求没呢，我的采样时间是6k，处理时间是1K。还有，您指的分段控制，具体是指什么呢，将设定的气压值，设置成不同的段，比如：0~100KPA,100~200KPA等，每一段为不同的PID参数？还是？谢谢

qwerttt · 发表于 2012-7-27 22:14:29

本帖最后由 qwerttt 于 2012-7-27 22:16 编辑

也就是说约1.166mS控制一次，太快了吧，100mS控制一次都没问题
指针表摆动较大，最后部分没有控好

对，就是每段不同的PID，控制周期放慢点，分段调找找感觉能调好的
以前做0～1MPa气压分了10段

yaodongliang · 发表于 2012-7-27 22:57:05

qwerttt 发表于 2012-7-27 22:14
也就是说约1.166mS控制一次，太快了吧，100mS控制一次都没问题
指针表摆动较大，最后部分没有控好

我的系统要求在2~3S内就达到目标压力值，处理周期，这么慢，那达到设定值，不就太慢了吗？

qwerttt · 发表于 2012-7-28 10:02:01

以前我这里买了个DH的压力控制器，价格20W
国家计量院也是用DH的，里面基本是电磁阀控，控制100kPa稳定超过3秒
楼主的要求是不是高了些

yaodongliang · 发表于 2012-7-28 12:24:30

qwerttt 发表于 2012-7-28 10:02
以前我这里买了个DH的压力控制器，价格20W
国家计量院也是用DH的，里面基本是电磁阀控，控制100kPa稳定超过 ...

20W？这么贵啊，我看到有一个产品，他的可以很快的稳定在目标压力值，下面是他的控制曲线，很好的波形：

qwerttt · 发表于 2012-7-28 13:07:36

你的系统没有放气控制吗

yaodongliang · 发表于 2012-7-28 14:48:04

qwerttt 发表于 2012-7-28 13:07
你的系统没有放气控制吗

有，不过在加压的过程中，是不进行放气操作的。那样会使控制起来相当复杂，而且系统的效率也比较低

orange-208 · 发表于 2012-7-28 17:11:21

mark

lcmdw · 发表于 2012-9-1 23:45:24

mark

wwff2007wwff · 发表于 2012-9-11 08:53:29

wuyiduan · 发表于 2012-11-16 10:18:28

请问楼主的AD采样周期和PID的运算周期分别是多少？
我也是做气压控制的
感觉振荡好没规律

wuyiduan · 发表于 2012-11-16 10:43:02

为什么会越振越高

57462554 · 发表于 2012-11-27 10:08:31

lcw_swust 发表于 2012-7-13 16:58
P取大点，I取小点，D可以取0

好像增量式的PID并不能这样去整定参数，我调节过几次，都发现要调节效果好，积分系数往往要大于比例系数，求大侠指点

lcw_swust · 发表于 2012-11-27 11:16:52

57462554 发表于 2012-11-27 10:08
好像增量式的PID并不能这样去整定参数，我调节过几次，都发现要调节效果好，积分系数往往要大于比例系数 ...

这位同学,你说的"增量式"是哪个公式?"积分系数"、"比例系数"分别指的哪一项?

57462554 · 发表于 2012-11-28 10:33:31

lcw_swust 发表于 2012-11-27 11:16
这位同学,你说的"增量式"是哪个公式?"积分系数"、"比例系数"分别指的哪一项?
...

Du = kp * (e(k) - e(k-1)) + ki * e(k) + kd * (e(k) - 2*e(k-1) + e(k-2)) ,
u(k) = u(k - 1) + Du ;
这个是增量式PID的基本公式，式中的ki ，kd ，kd分别对应其中PID的三个参数

lcw_swust · 发表于 2012-11-28 12:02:45

本帖最后由 lcw_swust 于 2012-11-28 12:04 编辑

57462554 发表于 2012-11-28 10:33
Du = kp * (e(k) - e(k-1)) + ki * e(k) + kd * (e(k) - 2*e(k-1) + e(k-2)) ,
u(k) = u(k - 1) + Du ...

你的意思是KI要大于KP?
也许咱们应用的系统不一样,这样取值也是有可能的.
我所应用的系统是温控,惯性较大.
假设KP=0,KI=1,KD=0,公式成为Du=e(k),也就是温度高于设定值就控制电路制冷,温度低了就加热,这样子肯定会振荡的.
假设KP=1,KI=0,KD=0,公式成为Du=e(k) - e(k-1),就是说误差如果增加,输出量就增加,最终会让误差稳定在某个值,这样就不容易振荡了.

打酱油要专业 · 发表于 2014-12-17 11:29:42

楼主您好！小弟恰好目前也要做一个这样的东西。
现在没有太好的思路。不知道能否和您讨教下。不胜感激！
我的联系方式：扒叁舞零吆六零妻儿。

打酱油要专业 · 发表于 2014-12-18 09:43:16

楼主怎么好久都没有出现了？

打酱油要专业 · 发表于 2014-12-18 09:46:00

你好，coleyao!
能加你个Q好友吗，想请假一些PID控制问题呢。
我的Q：835016072.

打酱油要专业 · 发表于 2014-12-22 11:19:16

hadio 发表于 2012-7-12 19:23
确定控制电流大小可以控制电磁阀的开度吗？没有这样用过，如果确实可以，消除静态误差可增大KI ...

你好，网上看到您交流电磁阀控制气路的应用，不知道可以向您请教些问题吗？

PID参数整定求助？

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