在具有延迟的系统中调整pid

Question

我需要在具有相当大延迟的系统中调整PI（D）增益。这是一种常见的温度控制器，但温度探头远离加热器。一些进一步的信息：

• 探头的响应从加热器的任何变化延迟约10秒

• 温度采样@ 1 Hz，分辨率为0.01°C

• 加热器是PWM控制器，周期为1 Hz，带有10位PWM

• 目标是将振荡维持在±0.05°C

以下

目前我正在使用控制器作为PI。我无法避免振荡。增益越高，振荡越小且越快。仍然太高（约±0.15°C）。 降低P和I增益会导致非常长而深的振荡。

我认为这是由于延迟造成的。 解决时间不是问题，可能需要它所需的所有时间。

我对如何让系统运作感到困惑。让我们考虑只使用I.当探头达到目标值并且I输出开始减小时，温度将上升一段时间。我不能使用导数项，因为变化太慢而且dError非常接近于零（如果我将dGain设置为一个巨大的值，则噪声太大）。

有什么想法吗？

Answer 1

通常对于大延迟，您有两种选择：降低系统的收益，或者，如果您拥有自己控制的工厂的型号，请使用Smith Predictior。

我首先对系统进行建模（使用输入中的开环步骤）来量化工厂的延迟和时间常数，然后检查温度采样和PWM速率是否正常。

请注意，如果您的PWM频率与工厂动态相比太小，由于慢速PWM，将 持续振荡。您只需使用PWM的常量输入（没有控制器，开环）就可以检查它。

编辑：没看到问题已经解决，但我会留在这里作为参考。

Answer 2

尝试P-only。仅比例振荡的速度有多快？如果你不能将Kp调到足够小以免振荡，那么你的系统的加热器就会过度。

如果系统的死区时间大约为10s，则积分项的时间常数（T_i）应为死区时间的3.3倍，使用Ziegler Nichols开环PI规则（{{3 }} :)，然后积分项应为Ki = Kp / T_i。因此，在死区时间= 10秒时，Ki应为Kp / 33或更慢。

如果你得到的是积分振荡，那么积分的上升和下降速度比过程响应的速度快，而且应该更小。

另外 - 想想不同术语的单位。它可能不是导致您的问题的延迟，而是测量和控制系统的分辨率。如果您正在使用1/1024分辨率PWM驱动（例如）100W加热器，则每个PWM计数的分辨率为0.1W，而您尝试根据0.01C温度差进行调整。在小于Kp = 100 PWMcount / degree（或10W /度）时，您在PWM中没有足够的分辨率来响应0.01C误差进行更改。在Kp = 10PWM / C时，您可能需要0.10C的更改才能实现PWM功率的实际变化。你能用更高分辨率的PWM吗？

另一方面，如果你想在0.01C的30℃范围内操作系统，我认为你至少需要一个15位PWM才能在受控系统中获得10倍的分辨率。只有10位PWM，您只能获得大约1C的总范围，而控制的分辨率是测量的10倍。