自由之战官网九游:由入门到精通－－－－吃透PID-技术中心-中国工控网

来源：百度文库 编辑：九乡新闻网 时间：2024/04/20 10:52:58
 
 
 
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        很久以前，我觉得自动控制很难。老师给我找到了整定口诀，我还是迷迷瞪瞪的，不知道怎么应用。

        不久后来，我觉得自动控制很简单。说白了也就那么回事，夸张点说，中学生都可以掌握。

        相信你们都见过那个PID整定口诀。不嫌麻烦，兹抄录如下：

参数整定找最佳， 从小到大顺序查。
先是比例后积分， 最后再把微分加。
曲线振荡很频繁， 比例度盘要放大。
曲线漂浮绕大弯， 比例毒盘往小扳。
曲线偏离回复慢， 积分时间往下降。
曲线波动周期长， 积分时间再加长。
曲线振荡频率快， 先把微分降下来。
动差大来波动慢， 微分时间应加长。
理想曲线两个波， 前高后低四比一。
一看二调多分析， 调节质量不会低。

计划提纲：
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  比例积分为份作用的趋势特征分析
2-7  整定比例带
2-8  整定积分时间

2-9  比例积分微分综合整定

第三章   火电厂自动调节系统
3-1投入自动顺序
3-2高低加
3-3串级系统的参数整定
3-4汽包水位
3-5主汽压力
3-6主汽温度
3-7其它
3-8协调

 

实际讲述会有许多与计划不符。

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 yyax   2楼 回复时间：2009-4-17 8:51:12

下面呢？

 

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 杖策行吟   3楼 回复时间：2009-4-17 11:51:32

接着第一回，话说......

        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！ 呵呵，先吹吹牛皮。


        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。

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 杖策行吟   4楼 回复时间：2009-4-18 6:10:43 自动调节系统说复杂其实也很简单。其实每个人从生下来以后，就逐渐地从感性上掌握了自动调节系统。


比方说桌子上放个物体，样子像块金属，巴掌大小。你心里会觉得这个物体比较重，就用较大力量去拿，可是这个东西其实是海绵做的，外观被加工成了金属的样子。手一下子“拿空了”，打住了鼻子。这是怎么回事？比例作用太强了。导致你的大脑发出指令，让你的手输出较大的力矩，导致“过调”。


还是那个桌子，还放着一块相同样子的东西，这一次你会用较小的力量去拿。可是东西纹丝不动。怎么回事？原来这个东西确确实实是钢铁做的。刚才你调整小了比例作用，导致比例作用过弱。导致你的大脑发出指令，命令你的手输出较小的力矩，导致“欠调”。


还是那个桌子，第三块东西样子跟前两块相同，这一次你一定会小心点了，开始力量比较小，感觉物体比较沉重了，再逐渐增加力量，最终顺利拿起这个东西。为什么顺利了呢？因为这时候你不仅使用了比例作用，还使用了积分作用，根据你使用的力量和物体重量之间的偏差，逐渐增加手的输出力量，直到拿起物品以后，你增加力量的趋势才得以停止。


这三个物品被拿起来的过程，就是一个很好的整定自动调节系统参数的过程。


前面咱们说的杨过拿剑也是一个道理。当他去拿第二柄剑的时候，心里已经预设了比例带，可惜比例带有点大了，用的力量不够，所以没有拿起来。他第二次拿重剑，增强了比例作用，很容易就拿起来重剑。


可是当他拿第三柄剑的时候，没有根据被调节对象的情况进行修改，比例作用还是很大，可是被调量已经很轻了，所以“力道”用过头了。
博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 杖策行吟   5楼 回复时间：2009-4-18 6:10:59 1 自动调节系统的发展历程
1-1 没有控制理论的世界
虽然说人——甚至连动物都是——从生下来就在掌握自动调节系统，并且在儿童时期就是一个自动调节系统的高手，可以应付很复杂的自动调节系统了，那么我们国家5000年的文明，就没有发展出一条自动调节理论么？
很遗憾地告诉您，没有。
]

自动调节系统的理论，是针对工业过程的控制理论。以前我们国家没有一个完整的工业结构，所以几乎不可能发展出一条自动调节理论的。即使是工业化很早了的欧美，真正完整的自动控制理论的确立，也是很晚时期的事情了。
咱先把理论的事情放到一边，先说说是谁先弄出一套真正的自动调节系统产品的吧。

咱大家都知道蒸汽机是瓦特发明的。可是实际上在此之前还有人在钻研蒸汽推动技术。不嫌累赘的话，咱罗列一下研究蒸汽推动的历史。没有兴趣的可以隔过不看。1606年，意大利人波尔塔（公元1538—1615年）在他撰写的《灵学三问》中，论述了如何利用蒸汽产生压力，使水槽中的液位升高。还阐述了如何利用水蒸汽的凝结产生吸力，使液位下降。在此之后，1615年，法国斯科，1629年，意大利布兰卡，1654年，德国发明家盖里克，1680年，荷兰物理学家惠更斯，法国物理学家帕潘，随后的英国军事工程师托玛斯•沙弗瑞都先后进行了研究。这些研究仅仅是初步探索阶段，还用不到自动调节。１７１２年英国人托玛斯•纽考门（公元１６６３～１７２９年）发明了可以连续工作的实用蒸汽机。可是为什么我们都说蒸汽机是瓦特发明的，不说是纽考门发明的呢？因为他的蒸汽机没有转速控制系统，转速不能控制的话，后果可想而知。纽考门的蒸汽机因为无法控制，最终不能应用。瓦特因为有了转速控制系统，蒸汽机转速可以稳定安全的被控制在合理范围内，瓦特的名字就被写到了教科书上。那么瓦特是怎么实现转速控制的呢？

上图就是瓦特的转速控制的模型。蒸汽机的输出轴通过几个传动部分，最终连接着两个小球，连接小球的棍子的另一端固定。蒸汽机转动的时候，传动部分带动两个小球旋转，小球因为离心力的原因张开，小球连杆带动装置控制放汽阀。如果转速过快，小球张开就大，放汽阀就开大，进汽减少，转速就降低。


可以看出，这是个正作用调节系统。虽然没有任何电子元器件，可是它确确实实就是一个自动调节系统。虽然咱没有资料表明它如何调节参数，可是咱可以想象影响调节参数的因素：小球的位置。小球越靠近连杆根部，抑制离心力的力量就越小，比例作用越大。
瓦特发明了蒸汽机，瓦特又发明了转速控制系统？我总是怀疑，这不应该是一个人的功劳。一个人的能力再大，也不可能搞了这个又搞那个。很可能是一批人共同的成果，或者说，瓦特发明了主要的蒸汽机，其它的东西都寄到瓦特的名下了。不过史书里没有说，咱就权且都当成瓦特一个人的发明吧。


从瓦特之后，工业革命的大门就打开了。我们记住了瓦特，一部分原因就是：他有了可靠的自动调节系统。否则，他的蒸汽机就没有办法控制，要么转速过低，要么转所过高造成危险事故。而瓦特之前的那些人的努力，一部分原因是因为他们没有自动调节系统，我们要找到他们，大约要到大型图书馆某个积满灰尘的角落里了。

瓦特之后的一段时间内，工业革命虽然发展迅速，自动调节系统也有了一个方法，可是他们没有一个清晰的理论作指导，自动控制始终不能上一个台阶。


我们搞自动的都知道，工业控制的对象千差万别，我们不能够都用瓦特的小球进行控制吧？这个理论指导直到二十世纪四十年代才诞生——科学的发展有时候也真够艰难的。

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 杖策行吟   6楼 回复时间：2009-4-18 6:11:26

1-2 控制论


许多人都迷信英雄人物，总是相信某一个时代，有那么一个人物横空出世，一下子就解决了一切问题，后人所做的只有是崇拜和赞美了。


其实远不是那么一回事。一切事物的发展都有着清晰的脉络的。即使是爱因斯坦，在他发现相对论之前，前人也为这个伟大理论的诞生作了很多铺路的工作。20世纪末，人们认为物理学的发展似乎已经到了极致，后人似乎不可能在物理大厦上再增加一层楼了，后人所能做的也不过是拧个螺丝，修补窗户什么的工作。当时的科学家们确实发现了物理大厦上有几个螺丝没有拧。他们把这几个螺丝叫做“物理学的天空飘着那么几朵乌云”。科学家们对这几朵乌云深究细考费尽了脑筋，也诞生了许多解释办法，但是解释得都不彻底。突然有那么个爱因斯坦，提出物理大厦要拧紧这几个螺丝，就必须要再增加几层楼——相对论诞生了。有人说，是爱因斯坦一个人凭空想象出了相对论，这是不切合实际的。


咱们的控制论也是这样的。


20世纪之前，人们在考虑怎么控制的时候，总是专注于对被控对象和控制手段，控制水平始终上不了台阶，当然，也可能跟当时对控制水平的要求不高有关。


20世纪30~40年代，人们开始发现控制信息的重要。英美一些数学家或者工程学家对信息在工程中的应用，提出了理论。1932年美国通信工程师H.奈奎斯特发现电子电路中负反馈放大器的稳定性条件，即著名的奈奎斯特稳定判据。


至此，自动控制的准备工作已经做足，只等着一个英雄人物横空出世了。


1945年，美国数学家维纳把乃奎斯特的反馈概念推广到一切工程控制中，1948年维纳发表奠基性著作《控制论》。这本书的副标题是“关于动物和机器中控制和通信的科学”。


在此之前西方没有控制论这个词。维纳先生根据希腊词Kubernetes（舵手）创造了一个词：cybernetics。舵手是干什么的？控制船的方向的。“cyber”一词在今天已经被重新定义为“对电子、机械和生物系统的控制过程的理论性研究，特别是对这些系统中的信息流动的研究。”——由最初的“舵手”变成了后来的“指导者”和“统治者”，由“驾驭航向”转变为“控制别人”。


且慢，维纳说：控制论是“对电子、机械和生物系统的控制过程的理论性研究”？电子需要控制论，机械需要控制论，生物也需要？

恩，咱开头就说了，人们生产活动都离不开的。虽然你在泡小姑娘的时候，从没有想过那讨厌的比例积分微分什么的概念，但是你实际上切切实实无意识地一直在运用控制论的方法。维纳运用自己丰富的学识敏锐的观察深刻的分析，把这些基本原理提炼出来，最终，创立了控制论。


维纳少年时期就是天才，用咱们的话说是神童。咱不了解美国20世纪初的教育制度，我很惊讶维纳11岁就上了大学，学习数学（这个时候我还在上小学学习解应用题），是不是当时美国的大学数学研究的项目是鸡兔同笼？否则一个11岁的小孩子……迷惑中。这个天才兴趣广泛，除了专业之外，还喜欢物理、无线电、生物和哲学。这在当时可能都属于比较热门的学科。14岁他又考入了哈佛大学研究生学院，学习生物学和哲学（这个时候我在上初中，背诵为什么社会主义终将取代资本主义）。18岁获得了哈佛大学数理逻辑博士学位。可能是他的成绩比较突出，后来又专门去欧洲向罗素和希尔伯特学习数学。那么罗素和希尔伯特有什么了不起？这两个人无论在当时还是在科学史上都是不可忽视的人物，都是世界级的大腕啊！。前者写出好多《论哲学》之类的豆腐块文章，曾经一度在国内很流行；写入伯特曾提出了20世纪数学的23个问题，哄着数学家们都一古脑的研究那些问题。名师出高徒，维纳越来越来牛了。


好了，不罗列他上学的内容了。深厚而又广博的学识，为维特将来的工作奠定了坚实的基础。同时，因为他对多种学科都有深入的研究，使得它能够触类旁通，并且能把相邻学科的一些知识方法，应用到另外的学科当中。有些人可能对这一点不太理解。80、90年代，国内兴起一种理论，叫做方法论，它就是专门研究不同学科之间的研究方法的应用的。下面咱们还要说到维纳的广博知识对他的研究起到的作用。


第二次世界大战期间，维纳参与研究美国军方的防空火力自动控制系统的工作。咱们可以大致说一下这种系统的情况。


假如前面来了一辆敌机，当时要打下来这辆敌机，需要知道敌机的方位、高度、速度这些个量，然后根据这两个量算出提前量。也就是说，防空炮要把目标指向飞机前面一段距离，等到打出去的炮弹到达飞机的高度的时候，飞机正好飞到炮弹周围。注意，不是要炮弹贯穿飞机，那样概率太低，而是让炮弹在这个时候正好爆炸，依靠爆 炸的力量把飞机摧毁。这种情况下，我们不仅仅需要敌机的方位、高度、速度，还要计算出提前量和爆炸时间，并且有专门一个人管炸弹的引信，设定几秒钟后爆炸。

这样一个系统是比较复杂的，维纳在研究过程中，提出了一个重要概念：负反馈。咱们搞自动控制的都知道，一个控制系统中，负反馈回路可以使得系统稳定，正反馈使得系统发散。


博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 杖策行吟   7楼 回复时间：2009-4-22 12:43:29 1-3负反馈


咱们前面说了，维纳在上学期间，精通数学、物理、无线电、生物和哲学。而在电子领域，乃奎斯特已经提出了负反馈回路可以使得系统稳定这个概念。维纳通过在电子学领域的知识，在控制领域取得了重大突破。


其实瓦特的蒸汽转速控制系统，本身也不知不觉地应用了负反馈系统：转速反馈到连杆上后，控制汽阀关小，使得转速降低。只是瓦特没有把这个机构中的原理提炼出来，上升到理论高度。说着容易做着难，这个理论经过了200年才被提出来。


负反馈理论应用非常广泛。维纳本人研究的物理、无线电、生物学，在这些领域都广泛的应用着负反馈原理，这些学科很可能都给他提出负反馈理论以支持。不光物理、无线电、生物学使用负反馈，也不光工业控制使用负反馈，大到国家宏观调控，中到商业管理，小到个人的行为，角角落落，无不出现负反馈的身影。


国家每一项宏观调控政策出台后，总要收集各种数据观察政策发布后的效果，这个收集的信息叫反馈。对收集到的信息如何处理呢？比如发现政策使得经济过热了，那么下一步就要修改政策，抑制经济过热。我们总要把这个信号进行相反处理，这个对收集到的信号进行相反处理的办法叫做负反馈。


朱镕基先生在当总理的时候，发现电力建设过快，就严格控制电力建设的审批，使得电力建设的步伐放缓。等到温家宝先生当总理的时候，发现坏了，电力建设步伐过慢，与国家的快速经济发展不相适应，国家到处出现电荒。于是温政府放松电力建设审批，电力建设急速加快。过了几年发现又坏了，电力建设审批门槛过低，能源浪费严重。然后开始实行适度控制电力建设的办法，电力建设得到良好有序地发展。


这一段时期对电力建设的控制是个比较典型的负反馈过量的问题。看样子，温家宝先生似乎比朱镕基先生在自动控制方面学习成绩要好一点。不过也不好说，说不定是前车之鉴，使得后来总结了经验。


维纳当年就认识到反馈信息过量的后果。这里还涉及到一个问题，就是控制过度，使得系统发生震荡。控制过度其实就是比例带过小。负反馈是不是过量，也跟比例带的设置有关系。这些个问题在后面的“稳定性”章节中具体探讨。


商业管理中也广泛应用负反馈原理。最近老板们总是强调执行力。执行力怎么体现？收集反馈信息。老板们往往要求我们命令要有回复，回复就是反馈。如果老板们还要判断命令是否合理，那就需要用负反馈原理。


我们走路的时候，不能闭着眼睛，因为眼睛是反馈环节。即使视力出现故障，也要有导盲犬、探路棍、盲道等措施弥补，所有这些措施都是提供反馈环节。大脑收集到反馈以后，一定会进行负反馈处理。为什么是负反馈呢？走路的时候，眼睛看路，他会告诉你个信号：偏左了，偏右了，然后让你脑子进行修正。信号发到你脑子里面后，你脑子里要对反馈信号与目标信号相减，然后进行修正。偏左了就向右点，偏右了就向左点。对这个相减的信号就是负反馈。如果相加就是正反馈了，那样走着走着你就掉进坑里去了。


但是，保证你不掉进坑里，那仅仅是给你怎样走路给了一个大致的方向。具体每一步走多大，向左向右偏多少，还要进行具体计算。前面说的都是定性的问题，步子走多大，向左右偏多少是定量的问题。光定性不定量还是没办法控制的。下面就介绍如何定量：

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 你我有缘   8楼 回复时间：2009-4-22 22:38:59

经典，希望继续，学习中……

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 plq   9楼 回复时间：2009-4-22 22:41:51

楼主颇有些才气!　　　

 

 

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 潜水艇01   10楼 回复时间：2009-4-22 23:00:29 搂主厉害，期待继续中。。。 博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 杖策行吟   11楼 回复时间：2009-4-23 8:05:56 1-4 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？
博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 1113   12楼 回复时间：2009-4-23 8:50:43

顶                                                                                                    

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 qingshanlcz   13楼 回复时间：2009-4-23 9:50:06

很好，楼主比喻很形象，这样学东西才有意思，比老师讲的有趣多了！继续！！！

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 qq410740535   14楼 回复时间：2009-4-23 20:28:27 好啊     期待更新啊  、。。。。。 博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 任昊   15楼 回复时间：2009-4-23 20:38:53 引用qq410740535 的回复内容:好啊     期待更新啊  、。。。。。


博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 newchp   16楼 回复时间：2009-4-23 21:44:47 楼主，接着来讲哈！前面讲得不错 博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 东北风   17楼 回复时间：2009-4-23 22:02:35 楼主，接着来讲哈！前面讲得不错
博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 杖策行吟   18楼 回复时间：2009-4-24 8:03:30 1-5 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。
博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 seseqq   19楼 回复时间：2009-4-24 8:25:00

哈哈

楼主辛苦了               

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 starsir   20楼 回复时间：2009-4-25 10:44:07

学习楼主辛苦lllllllllllll

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 pangpp   21楼 回复时间：2009-4-25 11:33:48 回复内容:
对:seseqq 关于

哈哈

楼主辛苦了               

内容的回复：

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 杖策行吟   22楼 回复时间：2009-4-25 11:43:30 我希望大家觉得哪里不合适了就提出来，给个修改的建议

谢谢！
博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 168888   23楼 回复时间：2009-4-25 11:46:27 经典，希望继续，学习中……
博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 winter938   24楼 回复时间：2009-4-25 11:57:45 楼主辛苦了 ,请继续精彩下去! 博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 cquchenyang   25楼 回复时间：2009-4-25 12:06:17

好帖，望继续精彩下去

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 13921060096zx   26楼 回复时间：2009-4-28 16:49:34 嗯！真的不错，能学到好多东西哦！好期待继续！ 博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 深水渔   27楼 回复时间：2009-4-28 17:13:14 楼主，接着来讲哈！前面讲得不错
                我真在学习  PID 哦   感谢楼主..... 博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 杖策行吟   28楼 回复时间：2009-4-28 20:48:56 1-5 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。

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 得意的笑   29楼 回复时间：2009-4-28 21:29:16 好帖，望继续精彩下去
博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 lq139588   30楼 回复时间：2009-5-1 9:45:45 好帖，望继续精彩下去
博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 变幻莫测   31楼 回复时间：2009-5-1 10:27:42

楼主才气不错 继续精彩

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 杖策行吟   32楼 回复时间：2009-5-4 8:23:47

1-7 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、 PID输出。


就这么简单。如果是串级调节系统，我们还要收集：


4、 副调的被调量曲线；
5、 PID输出曲线。


为什么不收集副调的设定值了？因为主调的输出就是副调的设定啊。


在一个比较复杂的调节系统中，副调的被调量往往不只一个，那就有几个收集几个。


只有收集到了这些曲线后，你才能根据曲线的波动状况进行分析。


还有的调节系统更加复杂。投不好自动，总要去分析其原因，看看有什么干扰因素存在其中，你怀疑哪个因素干扰就把哪个曲线放进来。一般的DCS都支持8组曲线在一个屏幕中，如果放不下，你就考虑怎么精简吧。


不过现在咱们还没有到那个地步，复杂调节系统在后面介绍。


我估计早就有人等得不耐烦了。自动调节系统，归根结底在于整定PID，如果不会整定PID，该多掉份！可是最见功夫的，最考验能力的也就是PID参数的整定了。PID的整定有多难？


一点都不难！只要你找着我的话去做，一步步训练下去，保证你也成为整定PID的行家里手。

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 lq139588   33楼 回复时间：2009-5-5 21:25:46 ...................................................... 博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 zhangxpjxh   34楼 回复时间：2009-5-5 21:52:22 楼主才气不错 继续精彩
博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 ts12345   35楼 回复时间：2009-5-7 13:22:10 搂主厉害，期待继续中。。。 博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 杖策行吟   36楼 回复时间：2009-5-10 20:42:23 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。

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 tl2007   37楼 回复时间：2009-5-10 21:04:31 精彩！学习！谢谢！              博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 杖策行吟   38楼 回复时间：2009-5-14 20:23:34 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 博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 9515136   39楼 回复时间：2009-5-15 16:59:50 好好好dddddddddddddddddddddddd 博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 yjd159   40楼 回复时间：2009-5-15 17:12:52 mark一下，回头再精读 博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 杖策行吟   41楼 回复时间：2009-5-20 8:05:09 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。
博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 老泉   42楼 回复时间：2009-5-21 16:24:14

讲地不错，就是看不见图

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 〓ECHO〓   43楼 回复时间：2009-5-27 15:02:48 lou zhu .
我们期待你继续。 博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 hcy0123456   44楼 回复时间：2009-5-27 15:19:52 看楼主的帖子，有纲。有目。生动，细致。可想而知，其工作也类同。学习了。 博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 杖策行吟   45楼 回复时间：2009-5-27 16:27:42 2-5比例积分作用的特征曲线分析

彻底搞清楚PID的特征曲线分析后，我们再把PID组合起来进行分析。大家作了这么久的枯燥分析，越来越接近实质性的分析了。

比例积分作用，就是在被调量波动的时候，纯比例和纯积分作用的叠加，简单的叠加。

普通的维护工程师最容易犯的毛病，就是难以区分波动曲线中，哪些因素是比例作用造成的，哪些因素是积分作用造成的。要练就辨别的功夫，咱还是要费些枯燥的时间，辨认些图吧。友情提示：这么枯燥的看图说话，可能是最后第二个了。胜利在望啊朋友们。

如图5，定值有阶跃扰动时，比例作用使输出曲线Tout同时有一个阶跃扰动，同时积分作用使Tout开始继续增大。

t2时刻后，被调量响应Tout开始增大。此时比例作用因△e减小而使Tout开始降低（如图中点划线Tout(δ)所示）；但是前文说了积分作用与△e的趋势无关，与△e的正负有关，积分作用因△e还在负向，故继续使Tout增大，只是速率有所减缓。比例作用和积分作用的叠加，决定了Tout的实际走向，如图Tout(δi)所示。

只要比例作用不是无穷大，或是积分作用不为零，从t2时刻开始，总要有一段时间是积分作用强于比例作用，使得Tout继续升高。然后持平（t3时刻），然后降低。

在被调量升到顶峰的t5时刻，同理，比例作用使Tout也达到顶点（负向），而积分作用使得最终Tout的顶点向后延时（t6时刻）。

从上面的分析可以看出：判断t6时刻的先后，或者说t6距离t5的时间，是判断积分作用强弱的标准。
一般来说，积分作用往往被初学者过度重视。因为积分作用造成的超调往往被误读为比例作用的不当。

而对于一个很有经验的整定高手来说，在一些特殊情况况下，积分作用往往又被过度漠视。因为按照常理，有经验的人往往充分理解积分作用对静态偏差的作用，可是对于积分作用特殊情况下的灵活运用，却反而不容易变通。

以前看史书，毛泽东曾指着邓小平对一个苏联人说：瞧见那个小个子了没有？这个人很了不起，既有原则性，又有灵活性。

瞧见没有，最高明的政治家们都注重原则性和灵活性之间的微妙的关系，咱们搞自动的，实际上也离不开原则性和灵活性啊。

当然了，对于一般的初学者，还不到感悟灵活性的时候。初学者只有老老实实先把原则掌握再说。灵活性是建立在原则的基础之上的。就如同现实生活中一样，没有原则的灵活是什么？老滑头。

什么时候才可以灵活？等你能够彻底解读调节曲线，并能够迅速判断参数大小的时候，才可以稍微尝试了解灵活性。千万不要耍滑头哦。

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 FDD1997   46楼 回复时间：2009-5-27 17:05:04

复杂的简单化，简单的复杂化

 

 

 

 

 

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 yinhe123321   47楼 回复时间：2009-5-27 17:14:50 前面还好，到了后面就不好似一个滋味了 博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 杖策行吟   48楼 回复时间：2009-5-27 17:49:10

是啊，后面涉及到深层次的理解和思考，不能都用故事来讲。

不过我力求一张一弛，在深入思考的同时，再插入一些与之相关的简单的轻松的话题。苦尽甘来，没有严格的思考是学不好自动的

博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 遨游工控   49楼 回复时间：2009-5-27 18:29:45 说的很不错。容易理解。楼主继续。 博客   播客 引用 加为好友 发送消息 回复 flywaterxj   50楼 回复时间：2009-5-27 18:57:55

楼主太强了，有才，呵呵

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