PID 控制的基本概念PID 是比例 - 積分 - 微分(Proportional - Integral - Derivative)的縮寫。在板帶糾偏系統中,PID 控制器是一種常用的控制策略。它通過對偏差信號(即板帶實際位置與期望位置之間的差值)進行比例、積分和微分運算,得到控制輸出信號,以驅動執行機構(如電機、液壓缸等)來糾正板帶的跑偏。
比例環節(P):比例系數(Kp)決定了控制輸出與偏差之間的比例關系。當偏差出現時,比例環節會立即產生一個與偏差大小成比例的控制作用。例如,如果比例系數為 2,偏差為 1mm,那么比例環節產生的控制作用就是 2×1 = 2。較大的比例系數可以使系統對偏差有更快的響應,但可能會導致系統的穩定性變差,出現超調現象。
積分環節(I):積分系數(Ki)用于對偏差進行積分運算。它的作用是消除系統的穩態誤差。當系統存在偏差時,積分環節會不斷累積偏差,隨著時間的增加,積分作用會越來越強。即使偏差很小,積分環節也能使系統最終達到沒有穩態誤差的狀態。不過,如果積分系數過大,可能會導致系統響應變慢,甚至出現積分飽和現象。
微分環節(D):微分系數(Kd)是對偏差的變化率進行微分運算。它可以預測偏差的變化趨勢,使系統能夠提前采取措施。例如,當板帶的跑偏速度加快時,微分環節會產生一個較大的控制作用,以快速抑制跑偏。但是,微分環節對噪聲比較敏感,容易放大高頻噪聲,可能會影響系統的穩定性。
PID 參數的整定方法在板帶糾偏中的應用:
經驗法:這是一種比較常用的方法。根據以往的經驗和一些基本的規則來初步設定 PID 參數。例如,先將積分系數和微分系數設為 0,增大比例系數,直到系統出現振蕩,然后將比例系數減小一些,使系統達到臨界穩定狀態。接著再逐漸增加積分系數,以消除穩態誤差,最后適當增加微分系數,改善系統的動態性能。在板帶糾偏系統中,操作人員可以根據板帶的類型、速度等因素,結合自己的經驗,初步設定 PID 參數,然后在實際運行中進行微調。
試湊法:通過不斷地改變 PID 參數的值,觀察系統的響應曲線(如板帶位置偏差隨時間的變化曲線)來確定最佳的參數組合。在試湊過程中,可以先固定兩個參數,改變另一個參數,觀察系統的性能變化。例如,先固定積分和微分參數,改變比例參數,記錄系統的超調量、調節時間等性能指標。然后再改變積分參數,重復上述過程,直到找到一組滿意的參數。這種方法比較直觀,但需要花費較多的時間和精力。
基于模型的整定方法:如果能夠建立板帶糾偏系統的數學模型(包括板帶的動力學模型、執行機構的模型等),就可以利用一些基于模型的整定方法,如 Ziegler - Nichols 法等。這種方法可以根據系統的模型參數,精確地計算出 PID 參數的初始值,然后再通過實際測試進行微調。不過,建立準確的數學模型在實際應用中可能會比較困難,因為板帶系統受到多種復雜因素的影響。
糾偏控制柜