柴油發電機組數字調速系統中PID控制參數整定

數字pid控制參數整定的任務主要是確定數字pid的參數kp、t1、td和t。
對于簡單控制系統，可采用理論計算方法確定這些參數。但由于柴油機調速系統的工況較為復雜，其數學模型并非十分精確，在此，采用工程整定常用的擴充臨界比例帶法，結合經驗法再對參數進行調整，得到最終的pid參數。
（1）采樣周期t的選擇　
在數字控制系統中，采樣周期t是一個比較重要的因素，采樣周期的選取，應與pid參數的整定綜合考慮。
首先，采樣周期t的選取應滿足以下要求：遠小于對象擾動周期；比對象時間常數小得多；盡量縮短采樣周期，以改善調節品質。
該系統中，pid調節控制過程是在定時中斷狀態下完成的，因此，采樣周期t的大小必須保證中斷服務程序的正常運行。在不影響中斷程序運行的情況下，可取采樣周期t＝0．1τ（τ為柴油機的純滯后時間）。當中斷程序運行時間tz大于0．1τ時，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
初始確定數字pid參數時，在用上述方法確定采樣周期t的條件下，從調速系統的pid調節回路中，去掉數字控制器的微分控制作用和積分控制作用，只采用比例調節環節來確定系統的振蕩周期ts和臨界比例系數ks。由單片機系統自動控制比例系數kp，并逐漸增大kp，直到系統出現持續的等幅振蕩，然后由單片機系統自動記錄并顯示調速系統發生等幅振蕩時的臨界比例度δ和相應的臨界振蕩周期ts。
式中ks——等幅振蕩時的臨界比例系數（3）控制度的選擇　
控制度就是以模擬調節器為基礎，定量衡量數字控制系統與模擬調節器對同一對象的控制效果。控制效果就是采用某一積分準則，根據系統在規定的輸入下的輸出響應，使用該準則取最小值時的最
式中，下標ddc和ana分別表示直接數字控制和模擬調節器控制。
如前所述，采樣周期t的長短會影響系統的控制品質，同樣是最佳整定，數字控制系統的品質要低于模擬系統的控制品質。即控制度總是大于1的，且控制度越大，相應的數字控制系統品質越差。
為獲得與模擬控制器相當的品質，控制度選為1．05。不同控制度時，擴充臨界比例帶法pid參數計算公式見表1。　
（4）kp、k1、kd、t的求取
根據實驗所得ks和ts及選定的控制度，按表1計算出數字pid參數kp、t1、td和t。
（5）控制效果的調節
按求得的參數值在調速控制系統中運行，并觀察控制效果。如控制效果達不到控制要求，可基于以下原則，根據經驗法對參數做適當調整。
①增大比例系數kp，將加快系統的響應速度，但過大會使系統產生較大超調，甚至產生振蕩。
②增大積分時間t1，有利于減小超調，減少振蕩，使系統更加穩定，但會增加系統過渡過程時間。
③增大微分時間常數td有利于加快系統的響應，使超調減小，穩定性增加，但系統對擾動的抑制能力減弱，對擾動有較敏感的響應。
基于上述原則，調整pid參數時，應先比例、后積分、再微分進行調整。


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