PID加热炉温度控制器设计+仿真图+回路图(8)
PID 1.25Ks 0.3Ts 0.1Ts
经验法就是先确定调节器一个参数值，在通过改变给定值对控制系统加入干扰因素，通过观察系统控制曲线的形状，如果系统反应曲线不理想在改变既定的参数值。通过反复的调试，直到满足控制系统要求。对于PID控制器，需要在调试好比例积分环节以后在加入微分控制环节。微分环节可以有效抑制变差，可用在确定一个微分环节以后，在将确定的比例积分环节的值减小在进行调试，直到三个控制环节都最理想为止。
在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。
对于温度系统：P（%）20--60，I（分）3--10，D（分）0.5--3
对于流量系统：P（%）40--100，I（分）0.1--1
对于压力系统：P（%）30--70，I（分）0.4--3
对于液位系统：P（%）20--80，I（分）1--5
根据PID整定方法，本文采用衰减曲线法对PID控制器三个参数进行整定。先调节比例环节，在比例环节达到理想状态下。将比例系数取定值，在分别对积分换节和微分环节进行进一步的调试，直到系统达到理想的状态，也可以适当取小点，等在积分和微分环节定下后，在取合适值进行调试。同时对系统的回路进行整定。将主回路断开，副回路为比例条件下，调节比例系数Kp1，使得Kp1逐渐变大。系统的结构图如图6以及整定仿真图如图7,8,9,10所示。
由PID控制器特点可知，比例控制Kp加大使系统的动作灵敏速度加快Kp偏大振荡次数加多调节时间加长。对稳态性能的影响，加大比例控制Kp在系统稳定的情况下可以减小稳态误差ess,提高控制精度但是加大Kp只是减少ess,却不能完全消除稳态误差。由仿真结果可知道：当比例环节取不同的值时，系统的超调量和稳定情况不同。当Kp1=2时，系统的超调很小，Kp1=4时出现超调量，当Kp1=16时候出现震荡，Kp1=20时候震荡严重。
图6系统结构原理图
图7
如图7所示，当比例系数Kp1=2时，系统的超调量很小。在逐渐增加Kp1的值，系统超调量会增加。但是，Kp1值不易过大，否则会影响系统的稳定性。
图8
如图8所示，当比例系数Kp1=4,系统的超调量开始出现，当逐渐增大比例系数Kp1时超调量逐渐增大，当增大到一定的数值时，系统将出现震荡现象，系统不稳定。
图9
如图9所示，当Kp1=16，开始出现震荡，系统开始不稳定。
图10
如图10所示，当Kp1=20时，系统震荡严重，系统不稳定。
系统主回路的整定是在保持副回路的比例系数Kp1为10不变的情况下，将主环路断开，接好主回路并对系统回路进行整定，系统主回路图如图11所示。
图11 系统的主回路图
对系统进行整定，先调节比例环节，逐渐增大主回路的比例系统Kp，可以用试验法反复调试比例系数直到控制效果达到理想状态，也可以用衰减曲线法。本文中衰减比达到4比1的比例系数为12，主回路整定仿真波形如图12所示。
图12 系统比例控制的单位阶跃响应曲线
再加入积分环节，在比例环节一定的情况下，取不同的Ki值，进行调节当Kp=12时，在T1=10时出现第一峰值的时间为1.55，在T2=28出现第二次高峰值为1.15，曲线的稳定值为1，可以得出衰减度等于4:1。Ts=T2-T1=18,根据控制器参数经验公式计算得Ki=0.07。由比较可知，当Ki逐渐减小，振荡减小，调节时间减小。但是积分不能过小，会影响系统的稳态误差，减小系统的控制精度。当积分环节为0.2时系统的稳定最好，超调量较小。在进行积分环节调试，加入积分环节以后，对系统的仿真图如图13,14,15,16,所示。