基于频率特性的自整定控制器的研究

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PID控制器在当前的工业过程控制中仍有着广泛的应用,但其控制参数整定一直是难点问题之一。PID控制参数自整定往往是技巧大于科学。 自整定大致分为两种手段:一种是基于现代控制理论,这种方法要求具有控制对象数学模型的完备知识。然而,在过程控制领域中,建立模型往往比较困难。另一种是基于古典控制理论,这种方法的根本出发点是只需要在PID控制装置功能范围内的模型,其余高频部分即使稍有差异,也不会对控制产生明显影响。 工程中常用第二种方法。其中临界比例度法通过获取系统临界稳定的振荡周期Tc和幅值Kc,以得控制器参数。由于不易使系统发生稳定的临界振荡并且系统进行在线测试临界参数很难,1984年Astrom和Hagglund提出了继电反馈法。它既可保证实现稳定闭环振荡,又可在线进行,是获得过程临界信息的最简便方法之一。然而,继电器整定法虽然在工业PID控制器参数自整定中应用广泛,但仍会给系统带来扰动,一些系统还无法产生对称震荡。 本文针对上面两种方法获取Kc、Tc上的问题,提出了一种新的基于频率特性的PID控制器参数自整定方法—SF(simple frequency)算法。这种方法可以方便地获取Kc、Tc,采用成熟的整定公式获得PID整定参数。用OPC连接上位机和下位机,把整定参数直接传到下位机使PID控制器得到自整定。 该算法用FFT求解被控对象的频率特性,得到-180度的穿越频率及其增益,整定后的阶跃响应与Z-N法的阶跃响应特征相近,现场总线控制系统的试验验证了sf算法求被控对象特性点是可行的,可以应用到需要求解被控对象特性的其他PID参数整定方法中。
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