常跟朋友討論關於PID控制與參數調整的方法與意義,總覺得無論網路或書籍上的資料,其理論都太深入,不符合實務!以儀控廠商的立場而言,確有必要將PID的實務應用與狀況分析排除做簡單的經驗分享...
目前一般市售各廠牌的PID控制器一定有AT(自整定,Auto-tunning)功能,建議在每更換一次不同的目標值時,一定要讓系統自整定(AT)一下,抓出最適當的控制PID參數,以目前表頭的設計而言,大約3個週期後會演算完成(Ex:SV=100,PV=95..100..103..97..100..102..100..98..100..101..100..99..100.....AT OK),所以可以在過程中的任意時刻按下"AT"鍵,均不影響其結果.
如果AT完成後系統仍不穩定,可能要先確認系統是否OK(Ex:排風狀況,信號端...),假設最終確認係表頭問題,可參考下列步驟排除:
1.P(比例帶):P=單位量/F.S.(Full Scale滿刻度)
單位一般為%或單位量(Ex:度or ppm/kg...).以溫度PID控制器而言,P一般出廠預設為3,若滿刻度F.S=200度, 則P=6度,當設定值為100度時,系統會進入P演算的範圍為97~103度,低於97度,系統全開;反之,高於103度時, 系統全關.
如果P太大,系統昇溫過慢,但較易穩定,不易過衝(Over-shot);所以可以依實務調整P值的大小.如果單以P控制而不加入I與D,系統極易產生穩態誤差(Steady-state error)
2.I(積分時間):
積分項是為了消除穩態誤差而生.積分控制中,輸出訊號與輸入誤差訊號的積分成正比,隨著時間的增加,積分項會加大,所以即使輸入訊號誤差很小,積分項也會隨時間增加而增大,也因此推動控制器輸出再增加以減少穩態誤差,直至零為止.換言之,其實P與I的作用相同,可以想像P是粗調,I是微調...這樣就簡單易懂了!
3.D(微分時間):
微分項可以說是系統抗外亂的能力,在積分控制中,輸出量與輸入訊號的微分(即誤差變化率)成正比,所以當誤差突然變大(Ex.突然有人打開烘箱的門),系統也會瞬間加大輸出量以補不足,我們可以說:D越大,抗外亂的能力越好.
業界流傳的經驗值是I:D=4:1,當系統超難調時,最好先把D設為0.手動調整PID的順序一般為P與I先調到最大,D調到最小,然後再依上述結果調整其值,當P=0時,系統將變為ON/OFF控制,完全沒有PID的作用了.....希望這些說明對調適者有幫助!!
(本文摘自"儀控工匠"部落格)
