PID温度控制参数整定方法 |
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出处:https://blog.csdn.net/pengzhihui2012/article/details/50380780 最近做了一个温度控制相关的项目,在此记录一下,方便以后查找,同时也供大家参考,欢迎指正,所有数据均为实验数据,绝对真实。 1. 位置式PID控制公式原型:u(t) = kp * e(t) + ki * [e(1) + e(2) + ....+ e(t)] + kd * [e(t) - e(t-1)]
2. 控制对象:加热/制冷器(在2分钟内不能再加热至冷之间切换)控制密封的腔体(空间体积大小15cm*20cm*65cm)温度。
3. 控制原理:利用MCU的输出比较模块(OCM)产生PWM波驱动H桥电路(通过目标温度和环境温度对比决定加热或者制冷)。
4. PID参数整定 因温度控制属于滞后控制系统,可采用工业控制中常用的滞后控制参数整定模型(Ziegler-Nichols参数整定方法) 控制器 Ti Td Kp Ki Kd P × × 0.5Kc × × PD × 0.15Pc 0.65Kc × Kp*Td/T PI 0.85Pc × 0.45Kc Kp*T/Ti × PID 0.5Pc 0.15Pc 0.65Kc Kp*T/Ti Kp*Td/T 参数说明: Kc: 只采用比例环节控制条件下,控制系统的稳态误差尽量达到最小时的Kp值。 Pc: 只采用比例环节控制条件下,控制系统的震荡周期。 Ti: 控制系统的积分时间。 Td: 控制系统的微分时间。 T: PID控制采样计算周期。 Kp、Ki、Kd:被整定的参数。 1):获取合适的Kc值,设置Ki,Kd为0。在当前温度进入目标温度3.5°内开始进行PID控制,之前采用90%恒定功率加热。 图一(Kc =5) 图二(Kc =9) 图三(Kc =20) 从上述的四组数据中可以看到,当Kc=5时,控制系统的稳态误差是最小的。在目标范围正负3°之间,选取Kc = 5. 2):计算Pc值。从上述的图一(将.csv格式的数据文件在excel中转换图表,将鼠标放在曲线上,会自动显示此点的坐标,如图所示),取4个震荡周期一共720个点,得出一个震荡周期为Pc=720*5/4= 900s。 3):根据个人需要采用哪种PID组合来计算Ti、Td、Kp、Ki、Kd。温度控制是属于滞后控制,而PID控制中的,微分项是具有超前调节的作用,因此必须引入;积分项对误差的作用取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,推动控制器的输出向稳态误差减小的方向变化,直到稳态误差等于零。我采用的是PID组合来控制。得出Ti=900*0.5=450s。Td=900*0.15=135s。 Kp=5*0.65=3.25;Ki= Kp*T/Ti=3.25*5/450=0.036;Kd= Kp*Td/T=3.25*135s /5=88。 4):采用PID控制温度,无论高温低温,稳态误差均在正负0.5°范围之内。如下所示: 一般根据模型计算的参数不一定是适合所有的控制系统(这里实验得到的最佳Kd值为120,而我们算出来的是88),根据特定的环境调节参数范围,找到最优参数,因本系统是滞后系统,微分项起主导作用,我暂时还只做了调整kd值的实验,Ki一般反应在系统达到稳态的时候是否存在稳定误差,从实验结果得出,稳态误差几乎可以忽略。 零下一度的目标温度,连续8小时的温度控制数据:
附录://PWM频率为1Khz,定时器的计数周期为5000(mPID.MaxDuty = 5000*90%),PID返回值和上次的的定时器技术值决定本次的占空比。 INT32 PID_calculate(double CurTemp) { INT32 RetValue; doubleresult_value;
// Keep previouserror mPID.PrevError =mPID.Error;
// calculatecurrent error mPID.Error =mPID.Target - CurTemp;
// calculateintegral mPID.SumError +=mPID.Error;
if(mPID.Kd >0.0001) { result_value =mPID.Kp * mPID.Error + mPID.SumError * mPID.Ki + mPID.Kd* (mPID.Error - mPID.PrevError); } else { result_value =mPID.Kp * mPID.Error + mPID.SumError * mPID.Ki; } RetValue =(INT32)result_value; return RetValue; } //Timer interrupt enable control flag, execute temperaturecontrol. // void TemperatureControl() { INT32 ret = 0; if(mPID.type ==HEAT) { INT32 DutyValue= OC4RS; if(fabs(mPID.Current- mPID.Target) OC4RS = INITPWMPERIOD16 * 50 / 100.0; ret = 0; return ; } else { ret = 0; }
if( (DutyValue+ ret) > mPID.MaxDuty) OC4RS =mPID.MaxDuty; else if(DutyValue+ ret < mPID.MinDuty) OC4RS =mPID.MinDuty; else OC4RS +=ret; } else if(mPID.type== COOL) { INT32 DutyValue= OC3RS; if(fabs(mPID.Current - mPID.Target) if(mPID.Target > 5.1) OC3RS =INITPWMPERIOD16 * 70 / 100.0; else OC3RS =INITPWMPERIOD16 * 78 / 100.0;
ret = 0; return ; } else { ret = 0; }
if( (DutyValue+ ret) > mPID.MaxDuty) OC3RS =mPID.MaxDuty; elseif(DutyValue + ret < mPID.MinDuty) OC3RS =mPID.MinDuty; else OC3RS +=ret; } else {} } |
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