浅谈整流系统PID控制器调节方法

７２　河北煤炭　２０１１年第４期　浅谈整流系统ＰＩＤ控制器调节方法　程灿广　（冀中能源邢矿集团公司，河北邢台０５４０００）　摘　要：通过控制系统ＰＩＤ技术分析，制定ＰＩＤ参数整定方法。　关键词：技术分析；控制；参数调整　中图分类号：ＴＭ５７１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００７—１０８３（２０１１）０４－００７２－０２　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｃｔｉｉｆｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ＣＨＥＮＧ　Ｃａｎ—ｇｕａｎｇ　ＰＩＤ（比例一积分一微分）控制器作为最早实　用的控制器已有悠久历史，现在仍然是应用最广泛　的工业控制器，其用途广泛、使用灵活，在很多工　业控制系统中发挥了重要作用。ＰＩＤ控制器的参数　整定是控制系统设计的核心内容。通过ＰＩＤ控制　器在邢矿集团金牛钾碱分公司电解槽整流控制系统　中的应用经验，简要分析ＰＩＤ参数调节的方法。　双闭环控制则为两输入信号进行ＰＩ调节后以　选择环节然后再给控制量，而两者控制的对象不一　样，如图２所示。　１　ＰＩＤ控制器的原理概述　ＰＩＤ控制器自动控制分为有反馈（闭环）控制　和无反馈（开环）控制。闭环控制就是利用反馈作　图２双闭环控制原理　用来减少系统误差，输出信号与输入信号存在反馈　回路；若不存在反馈回路，则为开环控制。在此讨　论的是有反馈控制。有反馈控制是要根据被控量的　情况参与运算来决定操纵量的大小或者方向。　闭环控制又分为单闭环控制和双闭环控制，图　１说明了有反馈（单闭环）控制原理。　２控制器调节主要问题　由于闭环控制调节可能会引起超调，因而带来　了系统不稳定的问题，在解决这个问题之前需要对　ＰＩＤ这三个参数进行深入的理解。所谓的ＰＩＤ就是　比例控制（Ｋｐ）、积分控制（Ｋｉ）以及微分控制（　Ｋｄ）。　比例控制：就是加快系统的响应速度，提高系　统的调节精度。取值过大，可以加快调节，减小误　差；但是过快，会引起不稳定，易产生超调。取值　过小，调节精度降低，响应速度变慢，调节时间加　图１单闭环控制原理　长，使系统的动静态性能变坏。　积分控制：最主要作用是消除系统的稳态误　差，实质上就是对偏差累积进行控制，直至偏差为　零。积分作用的强弱取消于积分时间常数Ｔｉ：Ｋｐ／　Ｔｉ越小，作用越强，若Ｔｉ过小，系统的稳态　误差将难以消除，影响系统的调节精度。反之会使　，输出电流值经检测环节变换后反馈到给定ＳＶ，　与ＳＶ相比较，即ＳＶ—ＰＶ得到偏差后控制器放大，　ＰＩ调节后产生调节作用，增大或减少控制量使　ＳＶ—ＰＶ近似于给定值ＳＶ，从而使ＳＶ—ＰＶ差值减少　或消除，这就是有反馈控制原理。　调节速度变慢，减少系统的稳定性，降低系统的抗　２０１１年第４期　干扰性能。　河北煤炭　７３　流分量。纹波的产生会导致产生谐波、造成浪涌、　影响数字电路逻辑关系、造成噪音等。　微分控制：作用是反映系统偏差信号的变化　率。比例调节、积分调节作用都是建立在产生误差　后才进行调节以消除误差。微分调节能产生超前的　控制作用，在误差还没有形成之前，已被微分调节　作用消除。微分时间Ｔｄ＝Ｋｄ／　选择合适情况下，　可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干　４　ＰＩＤ控制器的调节方法　ＰＩＤ控制器参数整定一般原则是在输出不振荡　时，增大比例增益Ｐ，减小积分时间常数Ｔｉ，增大　微分时间常数Ｔｄ。调整ＰＩＤ参数的方法有很多，　扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗　在这里只讲试凑法。　干扰不利。此外，微分反应的是变化率，而当输入　“试凑法”设置ＰＩＤ参数的建议步骤如下：　没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单　把　与Ｋｄ设为０，不要积分与微分；Ｋｐ值　独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成　从０开始慢慢增大，观察输出量的反应速度是否在　ＰＤ或ＰＩＤ控制器。　要求内；当输出量的反应速度达到要求，停止增大　３控制调节效果目标及影响因素　Ｋｐ值；在该Ｋｐ值的基础上减少１０％。把Ｋｉ值从　０开始慢慢增大；当输出量开始波动，停止增大Ｋｉ　评价一个控制系统是否优越，有三个指标：　值；在该Ｋｉ值的基础上减少ｌＯ％。把Ｋｄ值从０　快、稳、准。所谓快，就是要使电流能快速地达到　开始慢慢增大，观察输出量的反应速度是否在要求　给定值，超调量要小，调节时间要短；所谓稳，就　内。　是要电流稳定不波动或波动量小；所谓准，就是要　为缩短整定时间，应注意以下几点：　求给定值与输出电流之间的误差小（即稳态误差要　（１）根据控制对象特性确定好初始的参数值　小）。对于控制系统来说，要求“快”，可以增大　Ｋｐ、Ｔｉ和Ｔｄ。　Ｋｐ、　值；要求“准”，可以增大Ｋｉ值；要求　（２）在凑试过程中，若被控量变化缓慢，不　“稳”，可以增大Ｋｄ值；可以减少电流波动。这三　能尽快达到稳定值，可据输出波形改变Ｋｐ或Ｔｉ。　个指标是相互矛盾的，影响因素主要有：　（３）Ｋｐ过小，Ｔｉ过短，Ｔｄ太长都会导致振　（１）扰动。指的是电源或负载变化引起的变　荡衰减得慢，甚至不衰减。　化，又称波动。　（４）如果在整定过程中出现等幅振荡，并且　（２）干扰。指引起被控量变化的一切因素，　通过改变调节器参数而不能消除这一现象时，可能　如脉冲干扰。　是控制对象受干扰、扰动、谐振等，这时就不能只　（３）振荡。当电力系统受到干扰时，并列运　注意调节器参数的整定，而是要检查其它环节。　行的各种设备间电势差、相角差将随时间变化，系　ＰＩＤ调节方法还有很多，如经验法、衰减曲线　统中各点电压和各回路电流也随时间变化，这种现　法、临界比例带法和反应曲线法等。　象称为振荡。　（４）谐振。就是一定频率的电压或电流作用　作者简介：程灿广（１９７５一）。男，河北南官人，工程　于非线性负载时，会产生不同于原频率的其它频率　师，冀中能源邢矿集团公司生产技术部部长、调度中心主　的正弦电压或电流的现象。谐振对电网和设备具有　任。　多方面危害。　（５）纹波。指叠加在直流稳定量上的工频交　（收稿日期：２０１１－０６—１５；编辑：毛志国）　＞●（＞●＜＞－＜＞●‘＞・＜＞●＜＞●＜＞●（＞●＜＞・ｏ●＜＞●＜＞●（＞●Ｃ＞・・０●ｃ　・（＞・＜＞●ｏ・—０噜ｏ●０・＜＞●ｏ●＜＞・ｏ●ｏ●ｏ・ｏ●ｏ●０●ｏ●ｏ●ｏ●（＞●ｏ・＜＞●＜＞●。０－．ｏ・＜＞●ｏ・ｏ●ｏ●ｏ●　（上接第５５页）　作者简介：赵立松（１９８６一），男，河北石家庄人，助理　响，形成假异常或使探测距离缩短。因此，在探测　工程师，冀中能源邢矿集团公司河北煤炭科学研究院地质　过程中应尽量避免环境影响，以便取得高质量数据　物探中心从事技术工作。　和较好的探测效果。　（收稿日期：２０１１－０５－２６；编辑：毛志国）