PID參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法

1、PID參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法PID參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法總貌PID控制概述P比例調(diào)節(jié)I積分調(diào)節(jié)D微分調(diào)節(jié)什么樣的PID參數(shù)為最佳CS3000系統(tǒng)PID參數(shù)整定方法FOXBRO系統(tǒng)PID參數(shù)整定方法總結(jié)PID控制概述什么是PID控制?它是比例、積分和微分控制的簡稱：Proportional-Integral-Differential Controller反饋控制根據(jù)偏差進(jìn)行的控制PID調(diào)節(jié)器閥門被控對象測量變送器設(shè)定值偏差P比例調(diào)節(jié)P：比例調(diào)節(jié)在在P調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號u與偏差信號與偏差信號e成比例，成比例， 即即 u = Kc e （kc稱為比

2、例增益）稱為比例增益）但在實(shí)際控制中習(xí)慣用增益的倒數(shù)表示但在實(shí)際控制中習(xí)慣用增益的倒數(shù)表示 =1 / kc (稱為比例帶稱為比例帶)不同的不同的DCS使用不同的參數(shù)作為使用不同的參數(shù)作為P的調(diào)節(jié)參數(shù)，以的調(diào)節(jié)參數(shù)，以CS3000為例，選用為例，選用 比例帶為調(diào)節(jié)參數(shù)，單位?？梢岳斫鉃椋罕壤龓檎{(diào)節(jié)參數(shù)，單位?？梢岳斫鉃椋喝魷y量儀表的量程為若測量儀表的量程為100則則50% 就表示被調(diào)量需要變就表示被調(diào)量需要變化化50才能使調(diào)節(jié)閥從全關(guān)到全開。才能使調(diào)節(jié)閥從全關(guān)到全開。值越大，作用越弱，值越大，作用越弱，值越值越小，作用越強(qiáng)。小，作用越強(qiáng)。實(shí)質(zhì)上是表示調(diào)節(jié)閥開度的百分比與被調(diào)量偏差變化的百實(shí)質(zhì)上

3、是表示調(diào)節(jié)閥開度的百分比與被調(diào)量偏差變化的百分比的比值。？分比的比值。？ P比例調(diào)節(jié)（a） 越大越大調(diào)節(jié)閥的動作幅度小，變化調(diào)節(jié)閥的動作幅度小，變化平穩(wěn)，甚至無超調(diào)，但余差大，調(diào)節(jié)平穩(wěn)，甚至無超調(diào)，但余差大，調(diào)節(jié)時(shí)間長。時(shí)間長。（b） 減小減小調(diào)節(jié)閥動作幅度加大，被調(diào)調(diào)節(jié)閥動作幅度加大，被調(diào)量來回波動，余差減小。量來回波動，余差減小。（c） 進(jìn)一步減小進(jìn)一步減小被調(diào)量波動加劇被調(diào)量波動加劇（d） 為臨界為臨界被調(diào)量等幅振蕩波動被調(diào)量等幅振蕩波動（e） 小于臨界小于臨界被調(diào)量法散振蕩被調(diào)量法散振蕩P比例調(diào)節(jié)P比例調(diào)節(jié)特點(diǎn)比例調(diào)節(jié)特點(diǎn)l比例調(diào)節(jié)反應(yīng)速度快，輸出與輸入同步，沒有時(shí)間滯比例調(diào)節(jié)反應(yīng)速度

4、快，輸出與輸入同步，沒有時(shí)間滯后，其動態(tài)特性好。后，其動態(tài)特性好。l比例調(diào)節(jié)的結(jié)果不能使被調(diào)參數(shù)完全回到給定值，而比例調(diào)節(jié)的結(jié)果不能使被調(diào)參數(shù)完全回到給定值，而產(chǎn)生余差。產(chǎn)生余差。P的一般選取范圍的一般選取范圍l壓力調(diào)節(jié)：壓力調(diào)節(jié)： 3070%l流量調(diào)節(jié)：流量調(diào)節(jié)： 60300%l液位調(diào)節(jié)：液位調(diào)節(jié)： 40100%l溫度調(diào)節(jié)：溫度調(diào)節(jié)： 4080%I積分調(diào)節(jié)I：積分調(diào)節(jié)l一般用于控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，消除余差。一般用于控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，消除余差。l對于同一偏差信號，積分常數(shù)越大，表示積分對于同一偏差信號，積分常數(shù)越大，表示積分調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)；積分常數(shù)就表示了積分作用的調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)；積分常數(shù)就表示了積

5、分作用的大小。大小。l積分常數(shù)積分常數(shù)的的倒數(shù)倒數(shù)叫叫積分時(shí)間積分時(shí)間，用，用TI表示。表示。不同的不同的DCS使用不同的參數(shù)作為使用不同的參數(shù)作為I的調(diào)節(jié)參數(shù)，以的調(diào)節(jié)參數(shù)，以CS3000為為例，選用積分時(shí)間為調(diào)節(jié)參數(shù)，單位：例，選用積分時(shí)間為調(diào)節(jié)參數(shù)，單位：s?？梢岳斫鉃椋褐翟??？梢岳斫鉃椋褐翟酱?，作用越弱。一般不單獨(dú)使用純積分調(diào)節(jié)器大，作用越弱。一般不單獨(dú)使用純積分調(diào)節(jié)器I積分調(diào)節(jié)只要偏差不為零，控制輸出就不為零，它只要偏差不為零，控制輸出就不為零，它就要?jiǎng)幼鞯桨驯徽{(diào)量的靜差完全消除為止，就要?jiǎng)幼鞯桨驯徽{(diào)量的靜差完全消除為止，積分調(diào)節(jié)的特性就是無差調(diào)節(jié)。積分調(diào)節(jié)的特性就是無差調(diào)節(jié)。積分速

6、度大，調(diào)節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)積分速度大，調(diào)節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，當(dāng)積分速度大到超過某一的穩(wěn)定性降低，當(dāng)積分速度大到超過某一臨界值時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定。臨界值時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定。I積分調(diào)節(jié)積分速度對調(diào)節(jié)過程的影響增大積分速度增大積分速度調(diào)節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)穩(wěn)定性降低調(diào)節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)穩(wěn)定性降低當(dāng)積分速度達(dá)到并超過臨界值時(shí)，整個(gè)當(dāng)積分速度達(dá)到并超過臨界值時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定，發(fā)散震蕩過程。系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定，發(fā)散震蕩過程。減小積分速度減小積分速度調(diào)節(jié)閥的速度減慢，系統(tǒng)穩(wěn)定性增加，調(diào)節(jié)閥的速度減慢，系統(tǒng)穩(wěn)定性增加，但調(diào)節(jié)速度變慢但調(diào)節(jié)速度變慢無論增大還是減小積分速度，被

7、調(diào)量最無論增大還是減小積分速度，被調(diào)量最后都沒有余差。后都沒有余差。I積分調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)的比較：比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)的比較： 積分調(diào)節(jié)可以消除靜差。但對比例調(diào)節(jié)來說，當(dāng)被調(diào)積分調(diào)節(jié)可以消除靜差。但對比例調(diào)節(jié)來說，當(dāng)被調(diào)參數(shù)突然出現(xiàn)較大的偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器能立即按比例地把調(diào)參數(shù)突然出現(xiàn)較大的偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器能立即按比例地把調(diào)節(jié)閥的開度開得很大，但積分調(diào)節(jié)器就做不到這一點(diǎn)，它節(jié)閥的開度開得很大，但積分調(diào)節(jié)器就做不到這一點(diǎn)，它需要一定的時(shí)間才能將調(diào)節(jié)閥的開度開大或減小，因此，需要一定的時(shí)間才能將調(diào)節(jié)閥的開度開大或減小，因此，積分調(diào)節(jié)會使調(diào)節(jié)過程非常緩慢?？傊?，比例調(diào)節(jié)能及時(shí)積分調(diào)節(jié)會使調(diào)節(jié)過程非常緩

8、慢?？傊?，比例調(diào)節(jié)能及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，積分調(diào)節(jié)可以消除靜差。進(jìn)行調(diào)節(jié)，積分調(diào)節(jié)可以消除靜差。但它的輸出有段積累過程，過渡過程進(jìn)行的十分緩慢，但它的輸出有段積累過程，過渡過程進(jìn)行的十分緩慢，如果系統(tǒng)干擾作用頻繁，更顯得十分乏力，單獨(dú)的積分調(diào)如果系統(tǒng)干擾作用頻繁，更顯得十分乏力，單獨(dú)的積分調(diào)節(jié)系統(tǒng)較罕見，它作為一種輔助調(diào)節(jié)規(guī)律與比例調(diào)節(jié)一起節(jié)系統(tǒng)較罕見，它作為一種輔助調(diào)節(jié)規(guī)律與比例調(diào)節(jié)一起組成比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律。組成比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律。P與I調(diào)節(jié)過程的比較PI調(diào)節(jié)比例積分調(diào)節(jié)比例積分調(diào)節(jié)(PI調(diào)節(jié)調(diào)節(jié))積分調(diào)節(jié)可以消除靜差積分調(diào)節(jié)可以消除靜差,但有滯后現(xiàn)象，但有滯后現(xiàn)象，比例調(diào)節(jié)沒有滯后現(xiàn)象，但存在靜差。

9、比例調(diào)節(jié)沒有滯后現(xiàn)象，但存在靜差。PI調(diào)節(jié)就是綜合調(diào)節(jié)就是綜合P、I兩種調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，兩種調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，利用利用P調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響，同時(shí)利調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響，同時(shí)利用用I調(diào)節(jié)消除殘差。一般在調(diào)節(jié)消除殘差。一般在P調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上增加增加I調(diào)節(jié)需適當(dāng)減少比例作用，增大比調(diào)節(jié)需適當(dāng)減少比例作用，增大比例度例度D微分調(diào)節(jié)D：微分調(diào)節(jié)l微分調(diào)節(jié)一般只與偏差的變化成比例，偏差變化越劇微分調(diào)節(jié)一般只與偏差的變化成比例，偏差變化越劇烈，調(diào)節(jié)輸出作用越強(qiáng)。從而及時(shí)抑制偏差增長，提烈，調(diào)節(jié)輸出作用越強(qiáng)。從而及時(shí)抑制偏差增長，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。高系統(tǒng)穩(wěn)定性。l微分調(diào)節(jié)主要用于調(diào)節(jié)對象有大的傳遞滯后和容

10、量滯微分調(diào)節(jié)主要用于調(diào)節(jié)對象有大的傳遞滯后和容量滯后。（例如溫度與大容量液位）后。（例如溫度與大容量液位）l微分一般用微分時(shí)間表示，單位微分一般用微分時(shí)間表示，單位S，用，用TD表示。在實(shí)表示。在實(shí)際使用過程中，值越大作用越強(qiáng)。際使用過程中，值越大作用越強(qiáng)。要注意，微分調(diào)節(jié)器不能單獨(dú)作用，必須配合使用，并且微分要注意，微分調(diào)節(jié)器不能單獨(dú)作用，必須配合使用，并且微分調(diào)節(jié)無法消除余差，只對偏差變化速度有反應(yīng)，與偏差大小無調(diào)節(jié)無法消除余差，只對偏差變化速度有反應(yīng)，與偏差大小無關(guān)。關(guān)。純P作用下的階躍響應(yīng)純純P調(diào)節(jié)為有差調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)為有差調(diào)節(jié)比例作用越強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)誤差越小，響應(yīng)快，但超調(diào)大比例作用越強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)誤

11、差越小，響應(yīng)快，但超調(diào)大PI作用下的階躍響應(yīng)引入積分，消除了余差引入積分，消除了余差積分作用越強(qiáng)，響應(yīng)速度越快，超調(diào)大，振蕩加劇積分作用越強(qiáng)，響應(yīng)速度越快，超調(diào)大，振蕩加劇PI作用下的階躍響應(yīng)在同樣積分作用下，減小比例作用，可增加系統(tǒng)穩(wěn)定。PD作用下的階躍響應(yīng)引入微分項(xiàng)，提高了響應(yīng)速度，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，引入微分項(xiàng)，提高了響應(yīng)速度，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但不能消除系統(tǒng)余差但不能消除系統(tǒng)余差PD作用下的階躍響應(yīng)相同比例作用情況下，微分作用越強(qiáng)，響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)越穩(wěn)定PID作用下的階躍響應(yīng)PD的基礎(chǔ)上引入積分項(xiàng)，就能達(dá)到理想的性能指標(biāo)，針對不的基礎(chǔ)上引入積分項(xiàng)，就能達(dá)到理想的性能指標(biāo)，針對不同的

12、調(diào)節(jié)回路，需要的指標(biāo)不一樣，因此引入的調(diào)節(jié)參數(shù)同的調(diào)節(jié)回路，需要的指標(biāo)不一樣，因此引入的調(diào)節(jié)參數(shù)也就不一樣。也就不一樣。PID參數(shù)的工程整定法動態(tài)特性參數(shù)法穩(wěn)定邊界法衰減曲線法經(jīng)驗(yàn)法實(shí)際生產(chǎn)過程中，不可能讓生產(chǎn)工藝產(chǎn)生較大波動，以上方法不通用也不實(shí)際，故本文主要對經(jīng)驗(yàn)法詳細(xì)介紹PID參數(shù)的工程整定法經(jīng)驗(yàn)法即先確定一個(gè)調(diào)節(jié)器的參數(shù)值P和I，通過改變給定值對控制系統(tǒng)施加一個(gè)擾動，現(xiàn)場觀察判斷控制曲線形狀。若曲線不夠理想，可改變P或I，根據(jù)控制過程曲線，經(jīng)反復(fù)湊試直到控制系統(tǒng)符合動態(tài)過程品質(zhì)要求為止，這時(shí)的P和I就是最佳值。 什么樣的PID參數(shù)為最佳衰減比l過渡過程曲線上第一個(gè)波峰和第二個(gè)波峰的峰值

13、比，即B:B,一般為410最好.余差l過渡過程終了時(shí)，被控變量的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之間的差,即C，要盡量為0過渡時(shí)間l控制系統(tǒng)受到擾動后，重新回到新的穩(wěn)態(tài)的最短時(shí)間。越短越好。過渡時(shí)間位號位號注釋位號標(biāo)志功能塊模式報(bào)警狀態(tài)測量值設(shè)定值輸出值輸出指針工程單位設(shè)定值指針測量值棒狀圖測量值上限測量值下限報(bào)警設(shè)置CS3000 儀表面板CS3000 儀表面板輸出值指針設(shè)定值指針功能塊模式報(bào)警狀態(tài)位號位號注釋位號標(biāo)志測量值棒狀圖測量值上下限工程單位 改變模式手動自動串級CS3000 操作儀表面板CS3000系統(tǒng)PID參數(shù)整定方法無擾動切換l勿擾動切換：控制回路手動（MAN）到自動（AUT）狀態(tài)切換時(shí)，保證設(shè)定

14、值(SV)與測量值（PV）保持一致或相當(dāng)。lPID控制只有在控制回路處于AUT狀態(tài)，也就是負(fù)反饋回路時(shí)才有用。CS3000系統(tǒng)PID參數(shù)整定方法增大比例系數(shù)P一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差，但是過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有比較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。增大積分時(shí)間I有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，但是系統(tǒng)靜差消除時(shí)間變長。增大微分時(shí)間D有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使系統(tǒng)超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對擾動的抑制能力減弱。在湊試時(shí)，可參考以上參數(shù)對系統(tǒng)控制過程的影響趨勢，對參數(shù)調(diào)整實(shí)行先比例、后積分，再微分的整定步驟。CS3000系統(tǒng)PID參數(shù)整定方法串級

15、回路PID參數(shù)調(diào)整l因?yàn)榇壵{(diào)節(jié)系統(tǒng)一般應(yīng)用于容量滯后較大的場合，必須加微分，所以主調(diào)一般取PID，而副調(diào)一般取P就可以了。但是副參數(shù)是流量，壓力時(shí)，可加一定的I作用，這里也不是為了消除余差，只是流量，壓力付對象時(shí)間常數(shù)太小，導(dǎo)致副調(diào)節(jié)器的P不能太小，調(diào)節(jié)作用弱，加上積分是為了使副參數(shù)偏離給定值太遠(yuǎn)。CS3000系統(tǒng)常用PID參數(shù)P（%）I(s)D(s)溫度20601806003180壓力307024180液位208060300流量40100660IA 系統(tǒng)PID參數(shù)整定手動/自動 切換要進(jìn)行PID參數(shù)調(diào)節(jié)，首先必須要有權(quán)限，默認(rèn)情況下值班長有權(quán)限修改。P：比例帶；值越大，作用越弱。單位：%I：積分時(shí)間；值越大，作用越弱，單位：分鐘（m）D：微分時(shí)間；值越大，作用越強(qiáng)，單位：分鐘（m）PID參數(shù)含義均與CS3000一致，但要注意積分和微分時(shí)間，為分鐘。IA 系統(tǒng)PID參數(shù)整定IA系統(tǒng)的PID參數(shù)整定方法完全可應(yīng)用前面介紹的方法，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)整定。實(shí)時(shí)趨勢圖總結(jié)控制回路自控的投用并不簡單在于PID參數(shù)的好壞，它與現(xiàn)場閥門響應(yīng)速度及靈敏