第三章-簡單控制系統(tǒng)的整定課件

3.1控制系統(tǒng)整定的基本要求1)控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量的決定因素:被控對象的動態(tài)特性PID廣義被控對象給定值r被調(diào)量yeu簡單控制系統(tǒng)組成2)整定的實質(zhì):通過選擇控制器參數(shù)，使其特性和過程特性相匹配，以改善系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)指標(biāo)，實現(xiàn)最佳的控制效果3)整定的前提條件：設(shè)計方案合理，儀表選擇得當(dāng)，安裝正確3.1控制系統(tǒng)整定的基本要求1)控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量的決定14)評定整定效果的指標(biāo)（參數(shù)整定的依據(jù)）①單項性能指標(biāo)衰減率：ψ=(y1-y3)/y1=1-1/n最大動態(tài)偏差：y1超調(diào)量：σ=y1/y∞調(diào)節(jié)時間:ts(進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值5%范圍內(nèi))y∞essy1y3ryt單一指標(biāo)概念比較籠統(tǒng)，難以準(zhǔn)確衡量；一個指標(biāo)不足以確定所期望的性能，多項指標(biāo)往往難以同時滿足．4)評定整定效果的指標(biāo)（參數(shù)整定的依據(jù)）①單項性能指標(biāo)衰2②誤差積分性能指標(biāo)各種積分指標(biāo)：IE（誤差積分）

優(yōu)點：簡單，也稱為線性積分準(zhǔn)則局限：不能抑制響應(yīng)等幅波動IAE（絕對誤差積分）

特點：抑制響應(yīng)等幅波動ISE（平方誤差積分）

優(yōu)點：抑制響應(yīng)等幅波動和大誤差局限：不能反映微小誤差對系統(tǒng)的影響ITAE（時間與絕對誤差乘積積分）

優(yōu)點：著重懲罰過度時間過長在實際系統(tǒng)整定過程中，常將兩種指標(biāo)綜合起來使用。一般先改變某些調(diào)節(jié)器參數(shù)（如比例帶）使系統(tǒng)獲得規(guī)定的衰減率，然后再改變另外的參數(shù)使系統(tǒng)滿足積分指標(biāo)。經(jīng)過多次反復(fù)調(diào)整，使系統(tǒng)在規(guī)定的衰減率下使選定的某一誤差指標(biāo)最小，從而獲得調(diào)節(jié)器的最佳整定參數(shù)。②誤差積分性能指標(biāo)各種積分指標(biāo)：在實際系統(tǒng)整定過程中，常將35)常用整定方法①理論計算整定法根軌跡法，頻率特性法由于數(shù)學(xué)模型總會存在誤差，實際調(diào)節(jié)器與理想調(diào)節(jié)器的動作規(guī)律有差別，所以理論計算求得的整定參數(shù)并不可靠．而且，理論計算整定法復(fù)雜，煩瑣，使用不方便．但它有助于深入理解問題的本質(zhì)，結(jié)果可以作為工程整定法的理論依據(jù)．②工程整定法動態(tài)特性參數(shù)法，穩(wěn)定邊界法，衰減曲線法方法簡單，易于掌握5)常用整定方法①理論計算整定法根軌跡法，頻率特性法由于43.2衰減頻率特性法衰減頻率特性法是通過改變系統(tǒng)的整定參數(shù)使控制系統(tǒng)的普通開環(huán)頻率特性變成具有規(guī)定相對穩(wěn)定度的衰減頻率特性，從而使閉環(huán)系統(tǒng)響應(yīng)滿足規(guī)定衰減率的一種系統(tǒng)整定方法一衰減頻率特性和穩(wěn)定度判據(jù)GC(s)GP(s)ryeuWo(s)從控制理論得知，對于二階系統(tǒng)，其特征方程有一對共軛復(fù)根對應(yīng)的系統(tǒng)階躍響應(yīng)衰減率為：其中稱為系統(tǒng)的相對穩(wěn)定度,是特征方程根的實部與虛部之比m越大系統(tǒng)越穩(wěn)定，m=0為等幅振蕩．3.2衰減頻率特性法衰減頻率特性法是通過改變系統(tǒng)的整定參數(shù)5系統(tǒng)響應(yīng)的衰減率Ψ與系統(tǒng)特征方程根在復(fù)平面上的位置存在對應(yīng)關(guān)系．m↑,β↑,

Ψ↑特征方程的共軛根s1,2也可表示為：因m,β都與Ψ有單值對應(yīng)關(guān)系，都表示系統(tǒng)的穩(wěn)定程度．Ψ越大,m,β也越大，斜線OA,OB越遠(yuǎn)離虛軸，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度越高．BAαjωβ系統(tǒng)特征方程共軛根的位置與衰減率之間存在的對應(yīng)關(guān)系αα’s1s2S1’S2’O在斜線AOB上的極點所對應(yīng)的二階系統(tǒng)具有相同的相對穩(wěn)定度m。在斜線AOB右邊的極點所對應(yīng)的二階系統(tǒng)具有小于m的相對穩(wěn)定度。在斜線AOB左邊的極點所對應(yīng)的二階系統(tǒng)具有大于m的相對穩(wěn)定度。系統(tǒng)響應(yīng)的衰減率Ψ與系統(tǒng)特征方程根在復(fù)平面上的位置存在對應(yīng)關(guān)6高階系統(tǒng)響應(yīng)包含多個與系統(tǒng)特征方程根相對應(yīng)的振蕩分量，每個振蕩分量的衰減率取決于各共軛復(fù)根的β角值．其中主導(dǎo)復(fù)根所對應(yīng)的振蕩分量衰減最慢,因此高階系統(tǒng)響應(yīng)的衰減率由其決定．所以，要使一個系統(tǒng)響應(yīng)的衰減率不低于某一規(guī)定值Ψs，只需系統(tǒng)特征方程全部的根落在右圖復(fù)平面的OBCAO周界之外．其中βjω-mωABOαω∞具有規(guī)定衰減率Ψs的系統(tǒng)特征方程根的分布范圍Cms是規(guī)定的相對穩(wěn)定度，與Ψs對應(yīng)這時，AOB折線上的任一點可以表示為：m是衰減率Ψs相對應(yīng)的規(guī)定值高階系統(tǒng)響應(yīng)包含多個與系統(tǒng)特征方程根相對應(yīng)的振蕩分量，每個振7判別系統(tǒng)特征方程根的分布是否滿足穩(wěn)定條件的方法這里要判別的是一個系統(tǒng)的穩(wěn)定性的問題．由控制理論可知，奈氏穩(wěn)定性判據(jù)是通過系統(tǒng)開環(huán)頻率特性WO(jω)在ω從－∞到＋∞變化時的軌線與臨界點(-1,j0)間的相互關(guān)系來判別閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的根分布在復(fù)平面虛軸(jω)兩側(cè)的數(shù)目,從而確定閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性.如果以AOB折線代替虛軸作為判別的界限,則奈氏穩(wěn)定性判據(jù)的基本方法也同樣適用．將代入系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)WO(s),便得到系統(tǒng)開環(huán)衰減頻率特性WO(m,jω),它是相對穩(wěn)定度m和頻率ω的復(fù)變函數(shù)．如果ω從－∞

＋∞,就得到對應(yīng)于某一m值的WO(m,jω)．利用系統(tǒng)開環(huán)衰減頻率特性WO(m,jω)判別閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定度的推廣奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)，特別稱為穩(wěn)定度判據(jù)．穩(wěn)定度判據(jù)以AOB為分界線，判斷閉環(huán)系統(tǒng)是否具有規(guī)定的衰減率Ψs.判別系統(tǒng)特征方程根的分布是否滿足穩(wěn)定條件的方法這里要判別的是8若WO(s)在復(fù)平面AOB折線右側(cè)無極點，則頻率ω從－∞到＋∞變化時：WO(m,jω)不包圍點(-1,j0),則閉環(huán)系統(tǒng)衰減率滿足規(guī)定要求:Ψ>ΨsWO(m,jω)通過點(-1,j0),則閉環(huán)系統(tǒng)衰減率滿足規(guī)定要求:Ψ=ΨsWO(m,jω)包圍點(-1,j0),則閉環(huán)系統(tǒng)衰減率不滿足規(guī)定要求:Ψ<Ψs穩(wěn)定度判據(jù)為：如果系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)WO(s)在復(fù)平面AOB折線右側(cè)有p個極點,當(dāng)ω從－∞

＋∞變化時，WO(m,jω)軌線逆時針包圍(-1,j0)點的次數(shù)也為p,則閉環(huán)系統(tǒng)衰減率滿足規(guī)定的要求，即：Ψ>Ψs若WO(s)在復(fù)平面AOB折線右側(cè)無極點，則頻率ω從－∞到＋9例3.1求單容對象積分控制系統(tǒng)開環(huán)衰減頻率特性WO(m,jω).Gc(s)G(s)R(s)Y(s)已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為以代入上式，得其衰減頻率特性的一個分支．即模相乘幅角相加例3.1求單容對象積分控制系統(tǒng)開環(huán)衰減頻率特性WO(m,j10單容對象積分控制系統(tǒng)開環(huán)衰減頻率特性圖單容對象比例控制系統(tǒng)開環(huán)衰減頻率特性圖作圖：①確定WO(m,jω)=r*eiθ的的范圍：ω∈(0,∞).②確定WO(m,jω)經(jīng)過的象限，根據(jù)通過的象限將首尾點相連單容對象積分控制系統(tǒng)開環(huán)衰減頻單容對象比例控制系統(tǒng)開環(huán)衰減頻11二衰減頻率特性法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)由調(diào)節(jié)器和廣義對象組成的過程控制系統(tǒng)，其絕大多數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)WO(s)的極點都落在負(fù)實軸上．根據(jù)穩(wěn)定度判據(jù)，要使系統(tǒng)響應(yīng)具有規(guī)定的衰減率Ψs,只需選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)，令其開環(huán)衰減頻率特性Wo(ms,jω)軌線通過點(-1,j0),即：其中和分別為調(diào)節(jié)器和廣義對象相對穩(wěn)定度為ms的衰減頻率特性．它們表示為模和相角的形式，有:那么調(diào)節(jié)器參數(shù)整定到使系統(tǒng)具有相對穩(wěn)定度ms的條件為：幅值條件相角條件由相角條件確定系統(tǒng)主導(dǎo)振蕩分量頻率ω后，代入幅值條件即可求得調(diào)節(jié)器整定參數(shù)值(1)二衰減頻率特性法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)由調(diào)節(jié)器和廣義對象組成的過程121.單參數(shù)調(diào)節(jié)器的整定主要指比例調(diào)節(jié)器，其未定參數(shù)為比例增益(系數(shù))Kp,比例調(diào)節(jié)器衰減頻率特性為代入幅值，相角條件式有：先根據(jù)相角條件求出ω=ωs,將ωs代入幅值條件，得調(diào)節(jié)器參數(shù)為ωs可看作系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程的衰減振蕩頻率；ms為系統(tǒng)衰減最慢的振蕩分量的相對穩(wěn)定度1.單參數(shù)調(diào)節(jié)器的整定主要指比例調(diào)節(jié)器，其未定參數(shù)為比例增13同理，對于只有整定積分速度KI的積分調(diào)節(jié)器，其衰減頻率特性為：代入幅值相角條件式有同理，對于只有整定積分速度KI的積分調(diào)節(jié)器，其衰減頻率特性為14ωm=0m=0.221m=0.366-π/2-π0ω1ω2ω4ω6ω5ω3控制系統(tǒng)在不同m值時的振蕩頻率ω1,ω2,ω3為采用比例動作調(diào)節(jié)器時系統(tǒng)振蕩頻率,ω4,ω5,ω6為采用積分動作調(diào)節(jié)器時系統(tǒng)振蕩頻率.由圖可見,系統(tǒng)整定到相同的m值時，比例控制系統(tǒng)的衰減頻率總是高于積分控制系統(tǒng)的．即：ω1>ω4,ω2>ω5,ω3>ω6ωm=0m=0.221m=0.366-π/2-π0ω1ω2ω15例3.2用衰減頻率特性法整定比例調(diào)節(jié)器參數(shù)．規(guī)定系統(tǒng)的衰減率為Ψs=0.75(ms=0.221),被控對象是一個遲延時間為τ的純遲延環(huán)節(jié)，其衰減頻率特性為

由相角條件有得于是則可得將ms=0.221代入得到：δ=200%例3.2用衰減頻率特性法整定比例調(diào)節(jié)器參數(shù)．162.雙參數(shù)調(diào)節(jié)器的整定當(dāng)調(diào)節(jié)器具有兩個及以上的未確定參數(shù)時(如PI、PD調(diào)節(jié)器),只規(guī)定ms,由幅值條件和相角條件確定的調(diào)節(jié)器參數(shù)有無窮組解.此時,需要根據(jù)另外的性能指標(biāo)(如誤差積分指標(biāo)或調(diào)節(jié)時間等),選出其中的一組最佳值,作為最終的整定參數(shù).比例積分調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp,Ki的整定比例積分調(diào)節(jié)器相對穩(wěn)定度ms的衰減頻率特性為:如果被控對象的衰減幅頻特性和衰減相頻特性分別為和則有2.雙參數(shù)調(diào)節(jié)器的整定當(dāng)調(diào)節(jié)器具有兩個及以上的未確定參數(shù)時17由上式可得該方程組有三個未知量：Kp,Ki,ω,得到的解是多組解．ψ=0ψ=0.75ψ=0.9TI=常數(shù)(a)有自平衡能力的多容對象(b)無自平衡能力的多容對象ψ=0.75ψ=0.9ψ=0KiKiKpKp(a)(b)①每條曲線代表某一規(guī)定的衰減率Ψs②ψ越大，系統(tǒng)穩(wěn)定性越好,滿足條件的參數(shù)越少由上式可得該方程組有三個未知量：Kp,Ki,ω,得到的解18例3.3用衰減頻率特性法整定比例積分調(diào)節(jié)器，規(guī)定衰減率為Ψs，對應(yīng)的穩(wěn)定度為ms假設(shè)被控對象為帶純遲延的一階慣性環(huán)節(jié),其傳遞函數(shù)為相應(yīng)的衰減幅頻特性和衰減相頻特性分別為：代入(2)式得：例3.3用衰減頻率特性法整定比例積分調(diào)節(jié)器，規(guī)定衰減率為Ψ19也可以寫成無量綱的形式如果調(diào)節(jié)器整定參數(shù)用比例帶δ和積分時間TI表示，則相應(yīng)點的坐標(biāo)值可表示為比例積分調(diào)節(jié)器整定參數(shù)中的比例帶δ與被控對象的特性參數(shù)K和τ/T有關(guān);而積分時間TI只與τ有關(guān)．也可以寫成無量綱的形式如果調(diào)節(jié)器整定參數(shù)用比例帶δ和積分時間203.比例積分微分調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定PID調(diào)節(jié)器在相對穩(wěn)定度ms時的衰減頻率特性為滿足開環(huán)衰減頻率特性通過點(-1,j0)時有其中未知數(shù)有：Kp,Ki,Kd,ω，如果以ω為參變量，Kp,Ki,Kd為坐標(biāo)，那么上式的計算結(jié)果，可構(gòu)成一個PID調(diào)節(jié)器整定參數(shù)空間．對于工業(yè)用的PID調(diào)節(jié)器，通常取可以減少一個參數(shù),簡化為雙參數(shù)調(diào)節(jié)器的整定，使參數(shù)整定工作量減少．用衰減頻率特性法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)，當(dāng)調(diào)節(jié)器的參數(shù)超過一個時，整定是非常麻煩的，計算量很大實用價值不高。但它可建立調(diào)節(jié)器整定參數(shù)與被控對象動態(tài)特性參數(shù)之間的關(guān)系，為工程整定的經(jīng)驗公式提供理論依據(jù)。3.比例積分微分調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定PID調(diào)節(jié)器在相對穩(wěn)定度m213.3工程整定法不需要事先知道過程的數(shù)學(xué)模型，直接在過程控制系統(tǒng)中進(jìn)行現(xiàn)場整定.方法簡單；計算簡便；易于掌握常用的工程整定法有以下幾種：1)動態(tài)特性參數(shù)法3)衰減曲線法2)穩(wěn)定邊界法4)經(jīng)驗法3.3工程整定法不需要事先知道過程的數(shù)學(xué)模型，直22一動態(tài)特性參數(shù)法（響應(yīng)曲線法）這是一種開環(huán)整定方法，即利用系統(tǒng)廣義過程的階躍響應(yīng)特性曲線對調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定。

前提:廣義對象的階躍響應(yīng)曲線可用G(s)=Ke-τs/(Ts+1)來近似．整定步驟：帶誤差積分指標(biāo)的整定公式經(jīng)驗公式有三種:Z-N公式C-C公式(Cohen-Coon柯恩－庫恩整定公式)（1）在手動狀態(tài)下，改變控制器輸出（通常采用階躍變化），記錄下測量變送環(huán)節(jié)Gm（s）的輸出響應(yīng)曲線y（t）。（2）由開環(huán)響應(yīng)曲線獲得單位階躍響應(yīng)曲線，并求取“廣義對象”的近似模型與模型參數(shù)；（3）根據(jù)控制器類型與對象模型，根據(jù)經(jīng)驗公式選擇PID參數(shù)并投入閉環(huán)運行。在運行過程中，可對增益作調(diào)整。一動態(tài)特性參數(shù)法（響應(yīng)曲線法）這是一種開環(huán)整定方法，23圖求廣義對象階躍響應(yīng)曲線示意圖圖求廣義對象階躍響應(yīng)曲線示意圖24對于有自衡能力的廣義過程，傳遞函數(shù)可寫為

假設(shè)是單位階躍響應(yīng)，則式中各參數(shù)的意義如圖所示。對于無自衡能力的廣義過程，傳遞函數(shù)可寫為對于有自衡能力的廣義過程，傳遞函數(shù)可寫為25a)無自衡能力過程b)有自衡能力過程響應(yīng)曲線a)無自衡能力過程b)有自衡能力過程響應(yīng)曲26δTDTI規(guī)律參數(shù)PPIPID

表1Z-N調(diào)節(jié)器參數(shù)整定公式Ziegler-Nichols參數(shù)整定法特點：適合于存在明顯純滯后的自衡對象，而且廣義對象的階躍響應(yīng)曲線可用“一階+純滯后”來近似。δTDTI規(guī)律參數(shù)PPIPID表1Z-N調(diào)節(jié)器參數(shù)整27柯恩－庫恩（Cohen-Coon)整定法其中K、T、τ為廣義對象傳遞函數(shù)參數(shù)柯恩－庫恩（Cohen-Coon)整定法其中K、T、τ為廣義28隨著計算機仿真技術(shù)的發(fā)展，人們進(jìn)一步發(fā)展了ψ=0.75的整定準(zhǔn)則，而分別以IAE、ISE和ITAE的極小化為準(zhǔn)則，對于廣義過程的典型形式，通過計算機仿真計算，得到調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的計算公式分別為：對于P作用：KKC＝A（τ/T)-B對于I作用：TI/T=C（τ/T)D對于D作用：TD/T=E（τ/T)F隨著計算機仿真技術(shù)的發(fā)展，人們進(jìn)一步發(fā)展了ψ=0.75的29表定值系統(tǒng)按誤差積分指標(biāo)的整定參數(shù)表定值系統(tǒng)按誤差積分指標(biāo)的整定參數(shù)30二穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法）是一種閉環(huán)的整定方法．由于該方法直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行，不需要測試過程的動態(tài)特性，因而方法簡單，使用方便，獲得了廣泛的應(yīng)用。

1)使調(diào)節(jié)器僅為比例控制，比例帶δ設(shè)為較大值，TI=∞,TD=0,讓系統(tǒng)投入閉環(huán)運行.2)待系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，逐漸減小比例帶，直到系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩，即臨界振蕩過程．此時的比例帶為δcr，振蕩周期為Tcr3)利用δcr和Tcr值，按穩(wěn)定邊界法參數(shù)整定計算公式表，求調(diào)節(jié)器各整定參數(shù)δ,TI,TD二穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法）是一種閉環(huán)的整定方31δTDTI規(guī)律參數(shù)PPIPID表穩(wěn)定邊界法參數(shù)整定公式圖系統(tǒng)的臨界振蕩δTDTI規(guī)律參數(shù)PPIPID表穩(wěn)定邊界法參數(shù)整定公式圖32注意：1)控制系統(tǒng)需工作在線性區(qū)．(u=e/δ)2)隨著過程特性不同,按此法整定的調(diào)節(jié)器參數(shù)不一定都能獲得滿意結(jié)果。此法用于無自平衡能力對象的系統(tǒng)會導(dǎo)致衰減率ψ偏大,用于有自平衡能力對象的系統(tǒng)會導(dǎo)致ψ偏小,故實際應(yīng)用時還須在線調(diào)整.3)采用這種方法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)時會受到一定的限制，如有些過程控制系統(tǒng)不允許進(jìn)行反復(fù)振蕩試驗，像鍋爐給水系統(tǒng)和燃燒控制系統(tǒng)等，就不能應(yīng)用此法。再如某些時間常數(shù)較大的單容過程，采用比例調(diào)節(jié)時根本不可能出現(xiàn)等幅振蕩，也就不能應(yīng)用此法。

注意：1)控制系統(tǒng)需工作在線性區(qū)．(u=e/δ)2)隨著過33三衰減曲線法這種方法與臨界比例度法相類似，也是閉環(huán)整定法,通過使系統(tǒng)產(chǎn)生4∶1或10∶1的衰減振蕩來整定控制器參數(shù)值的一種整定方法．其步驟為：1)使調(diào)節(jié)器僅為比例控制,比例帶δ設(shè)為較大值,TI=∞,TD=0,讓系統(tǒng)投入運行.2)待系統(tǒng)穩(wěn)定后，作設(shè)定值階躍擾動，并觀察系統(tǒng)的響應(yīng)．若系統(tǒng)響應(yīng)衰減太快，則減小比例帶；反之，若系統(tǒng)響應(yīng)衰減過慢，應(yīng)增大比例帶.如此反復(fù),直到系統(tǒng)出現(xiàn)4:1衰減振蕩過程或者如圖b所示的衰減比為10：1的振蕩過程時

.記錄下此時的δ值（設(shè)為δs），以及Ts值（如圖a中所示），或者Tr值（如圖b中所示）。

三衰減曲線法這種方法與臨界比例度法相類似，也是閉環(huán)整定34a)4:1衰減曲線b)10：1衰減曲線3)利用求得的δs和Ts(或Tr)，根據(jù)衰減曲線法整定計算公式得到δ,TI,TDa)4:1衰減曲線b)10：1衰減曲線3)35δTDTI規(guī)律參數(shù)Ψ=0.75PPIPIDΨ=0.9δTDTI規(guī)律參數(shù)PPIPID表衰減曲線法整定計算公式δTDTI規(guī)律參數(shù)Ψ=0.75PPIPIDΨ=0.9δT36反應(yīng)較快的控制系統(tǒng)，要確定4：1衰減曲線和讀出Ts比較困難，此時，可用記錄指針來回擺動兩次就達(dá)到穩(wěn)定作為4：1衰減過程。來回擺動一次的時間即為Ts。

在生產(chǎn)過程中，負(fù)荷變化會影響過程特性。當(dāng)負(fù)荷變化較大時，不宜采用此法

。

若認(rèn)為4：1衰減太慢，宜應(yīng)用10：1衰減過程。對于10：1衰減曲線法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的步驟與上述完全相同，僅僅采用計算公式有些不同。

衰減曲線法注意事項反應(yīng)較快的控制系統(tǒng)，要確定4：1衰減曲線和讀出Ts比較困難，37四經(jīng)驗法先根據(jù)經(jīng)驗確定一組調(diào)節(jié)器參數(shù)，并將系統(tǒng)投入閉環(huán)運行，然后人為加入階躍擾動（通常為調(diào)節(jié)器設(shè)定值擾動），觀察被調(diào)量或調(diào)節(jié)器輸出曲線變化，并依照調(diào)節(jié)器各參數(shù)對調(diào)節(jié)過程的影響，改變相應(yīng)的參數(shù)，一般先整定δ，再整定TI和TD，如此反復(fù)試驗多次，直到獲得滿意的階躍響應(yīng)曲線為止．四經(jīng)驗法先根據(jù)經(jīng)驗確定一組調(diào)節(jié)器參數(shù)，并將系統(tǒng)投入閉38表調(diào)節(jié)器參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)表調(diào)節(jié)器參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)39表給出的數(shù)據(jù)只是一個大體范圍，實際中有時變動較大。例如，流量控制系統(tǒng)的δ值有時需在200%以上；有的溫度控制系統(tǒng)，由于容量滯后大，TI往往要在15min以上。另外，選取值時應(yīng)注意測量部分的量程和控制閥的尺寸，如果量程?。ㄏ喈?dāng)于測量變送器的放大系數(shù)Km大）或控制閥的尺寸選大了（相當(dāng)于控制閥的放大系數(shù)KV大），應(yīng)適當(dāng)選大一些，即KC小一些，這樣可以適當(dāng)補償Km大或KV大帶來的影響，使整個回路的放大系數(shù)保持在一定范圍內(nèi)。

控制器參數(shù)湊試的順序有兩種方法。一種認(rèn)為比例作用是基本的控制作用，因此首先用純比例作用進(jìn)行湊試，把比例度湊試好，待過渡過程已基本穩(wěn)定并符合要求后，再加積分作用以消除余差，最后加入微分作用以進(jìn)一步提高控制質(zhì)量。其具體步驟如下所述。①置控制器積分時間TI＝∞，微分時間TD＝0，選定一個合適的d值作為起始值，將系統(tǒng)投入自動運行狀態(tài)，整定比例度。改變設(shè)定值，觀察被控變量記錄曲線的形狀。若曲線振蕩頻繁，則加大比例度δ；若曲線超調(diào)量大且趨于非周期過程，則減小δ，求得滿意的4∶1過渡過程曲線。表給出的數(shù)據(jù)只是一個大體范圍，實際中有時變動較大。例如40②值調(diào)整好后，如要求消除余差，則要引入積分作用。一般積分時間可先取為衰減周期的一半值（或按表2.4給出的經(jīng)驗數(shù)據(jù)范圍選取一個較大的TI初始值，將TI由大到小進(jìn)行整定）。并在積分作用引入的同時，將比例度增加10%～20%，看記錄曲線的衰減比和消除余差的情況，如不符合要求，再適當(dāng)改變和TI值，直到記錄曲線滿足要求為止。③如果是三作用控制器，則在已調(diào)整好和TI的基礎(chǔ)上再引入微分作用。引入微分作用后，允許把和TI值縮小一點。微分時間TD也要在表2.4給出的范圍內(nèi)湊試，并由小到大加入。若曲線超調(diào)量大而衰減慢，則需增大TD；若曲線振蕩厲害，則應(yīng)減小TD。反復(fù)調(diào)試直到求得滿意的過渡過程曲線（過渡過程時間短，超調(diào)量小，控制質(zhì)量滿足生產(chǎn)要求）為止。

另一種整定順序的出發(fā)點是：比例度與積分時間TI在一定范圍內(nèi)相匹配，可以得到相同衰減比的過渡過程。這樣，比例度的減小可以用增大積分時間TI來補償，反之亦然。若需引入微分作用，可按以上所述進(jìn)行調(diào)整，將控制器參數(shù)逐個進(jìn)行反復(fù)湊試。②值調(diào)整好后，如要求消除余差，則要引入積分作用41表設(shè)定值擾動下整定參數(shù)對調(diào)節(jié)過程的影響對象參數(shù)δ↓TI↓TD↑↑↓↓↑↑-↓↑↓-↑↑最大動態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差衰減率振蕩頻率

經(jīng)驗法的特點是方法簡單，適用于各種控制系統(tǒng)，因此應(yīng)用非常廣泛。特別是外界擾動作用頻繁，記錄曲線不規(guī)則的控制系統(tǒng)，采用此法最為合適。但此法主要是靠經(jīng)驗，經(jīng)驗不足者會花費很長的時間。另外，同一系統(tǒng)，出現(xiàn)不同組參數(shù)的可能性增大。表設(shè)定值擾動下整定參數(shù)對調(diào)節(jié)過程的影響對象參數(shù)δ↓TI↓T42經(jīng)驗法：簡單可靠，能夠應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)，特別適合擾動頻繁、記錄曲線不太規(guī)則的控制系統(tǒng)；缺點是需反復(fù)湊試，花費時間長。同時，由于經(jīng)驗法是靠經(jīng)驗來整定的，是一種“看曲線，調(diào)參數(shù)”的整定方法，所以對于不同經(jīng)驗水平的人，對同一過渡過程曲線可能有不同的認(rèn)識，從而得出不同的結(jié)論，整定質(zhì)量不一定高。因此，對于現(xiàn)場經(jīng)驗較豐富、技術(shù)水平較高的人，此法較為合適。臨界比例度法：簡便而易于判斷，整定質(zhì)量較好，適用于一般的溫度、壓力、流量和液位控制系統(tǒng)；但對于臨界比例度很小，或者工藝生產(chǎn)約束條件嚴(yán)格、對過渡過程不允許出現(xiàn)等幅振蕩的控制系統(tǒng)不適用。四種控制器參數(shù)整定方法的比較經(jīng)驗法：四種控制器參數(shù)整定方法的比較43衰減曲線法：優(yōu)點是較為準(zhǔn)確可靠，而且安全，整定質(zhì)量較高，但對于外界擾動作用強烈而頻繁的系統(tǒng)，或由于儀表、控制閥工藝上的某種原因而使記錄曲線不規(guī)則，或難于從曲線上判斷衰減比和衰減周期的控制系統(tǒng)不適用。響應(yīng)曲線法是通過系統(tǒng)開環(huán)試驗，得到被控過程的典型數(shù)學(xué)表示之后，再對調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定的。因此，這種方法的理論性相對較強，適應(yīng)性也較廣，并為調(diào)節(jié)器參數(shù)的最優(yōu)整定提供了可能。因此在實際應(yīng)用中，一定要根據(jù)過程的情況與各種整定方法的特點，合理選擇使用。四種控制器參數(shù)整定方法的比較衰減曲線法：優(yōu)點是較為準(zhǔn)確可靠，而且安全，整定質(zhì)量較高，但對44PID常用口訣：

參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查

先是比例后積分，最后再把微分加

曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大

曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳

曲線偏離回復(fù)慢，積分時間往下降

曲線波動周期長，積分時間再加長

曲線振蕩頻率快，先把微分降下來

動差大來波動慢。微分時間應(yīng)加長

理想曲線兩個波，前高后低4比1

一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低PID常用口訣：

參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查

先是比例45例3.4用動態(tài)特性參數(shù)法和穩(wěn)定邊界法整定調(diào)節(jié)器．已知被控對象為二階慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為測量裝置和調(diào)節(jié)閥的特性為Gc(s)Gv(s)G(s)Gm(s)R(s)—Y(s)[解]簡單控制系統(tǒng)方框圖Gc(s)Gp(s)R(s)Y(s)－例3.4用動態(tài)特性參數(shù)法和穩(wěn)定邊界法整定調(diào)節(jié)器．已知被控46進(jìn)行階躍響應(yīng)測試,得到右圖中曲線1,用一階慣性加純遲延環(huán)節(jié)來近似,得:曲線2即為其階躍響應(yīng)曲線。廣義對象的傳遞函數(shù)為則有：K=1,T=20,τ=2.5進(jìn)行階躍響應(yīng)測試,得到右圖中曲線1,用一階慣性加純遲延環(huán)節(jié)來47利用柯恩－庫恩參數(shù)整定公式，求得：對于比例調(diào)節(jié)器：對