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探讨:关于大时滞加热系统PID相关参数的整定

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 楼主 | 2020-5-30 09:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
   传统的PID控制中,有较大时间滞后的加热系统是比较难整定的,很多研发工程师对于类似的加热系统都是一筹莫展,我开这个帖子就是想探讨一下如何处理类似的案例。
   首先,先大致说明一下大时滞加热控制系统的特点,如图为常规的加热系统参数整定过后的情况,从图上可以看出各项指标都比较理想。

常规加热系统

常规加热系统

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 楼主 | 2020-5-30 10:05 | 显示全部楼层
  大时滞加热控制系统按我的理解,应该是如图所示(延时大、升温快、同时满足延时大和升温快),由图可见,按常规方法整定好的PID控制参数,在系统的延时参数发生较大变化时,其控制指标急剧劣化。
Fpid943252020530.Bmp

升温快

升温快

延时大且升温快

延时大且升温快

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 楼主 | 2020-5-30 10:16 | 显示全部楼层
本帖最后由 ColeYao 于 2020-5-30 11:06 编辑

  首先看一下,是否对于大时滞的加热控制系统,重新整定PID参数是否可以解决问题,附图是针对三种情况重新整定后的加热波形图。显然升温快的图形还马马虎虎(但将升温速率由100度每分钟提高到500后重新PID整定也出现异常),大时滞的以及升温快且大时滞的重新进行PID整定已无法满足加热系统的指标要求。(备注:常规的PID整定会隐含对升温时间和速度的限制,因而会导致整定失败,如果取消对升温时间的限制要求,那么是可以整定出来的,详见下面的楼层)

滞后大

滞后大

升温快

升温快

升温快滞后大

升温快滞后大

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 楼主 | 2020-5-30 10:26 | 显示全部楼层
本帖最后由 ColeYao 于 2020-5-30 10:35 编辑

   解决大时滞加热控制系统的办法:一种是减小每次调整的功率值,每次少调一点,温控波形就不容易振荡了,不过缺点也比较明显,一是难整定,二是升温速度比较慢,差不多比常规的加热系统升温时间慢一倍以上,这种方法也是大多数研发工程师能想到的方法,不过难整定说明工作效率低,升温时间慢说明加热系统的指标比较差,这种费力不讨好的做法让很多研发工程师都无法奈何:我已经尽力了,但是目前的技术水平只能做到这样,不信你找别人过来试试,肯定还不如我做得好!

升温时间较长

升温时间较长

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 楼主 | 2020-5-30 10:59 | 显示全部楼层
本帖最后由 ColeYao 于 2020-6-12 08:43 编辑

    其实,大时滞的加热控制系统还有更好的解决方案,思路和上面差不多,就是把对加热功率的小幅调整改为对时间的小幅调整,更改后可以避免上述的两个重大缺陷,有这方面需求的建议下载一下加热控制系统仿真工具软件1.05版,自己动手运行软件试试,具体的效果如附图所示。如果是没这方面需求的建议当小说一样随便看看就好,软件是作者研究加热算法自己做的工具软件,绿色免费的,不限制非商业使用。
    PID仿真工具软件本身免费,但作者不提供任何技术支持及义务咨询业务,有需要咨询相关问题的需按占用的时间付费,介意的请勿扰,谢谢!
    最后多说一句,仿真软件不能代替实际操作,最终结果还是要看实际加热系统运行效果,仿真软件的意义在于帮助理解各项参数,更快地验证一些局部参数变化时加热系统的变化趋势!
   Ps: 红线-当前温度;  蓝线-当前功率;  绿线-环境温度。
增量式PID调整控制周期效果图.PNG

加热控制系统仿真软件V1p05.rar

348.01 KB, 下载次数: 15

PID仿真工具软件

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| 2020-5-30 11:37 | 显示全部楼层
感谢分享,楼主对PID了解很深,在戈壁坛分享过很多PID的资料

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