PID調(diào)試經(jīng)驗(yàn)摘要

PID調(diào)試經(jīng)驗(yàn)摘要

1.

PID調(diào)試步驟

沒(méi)有一種控制算法比PID調(diào)節(jié)規(guī)律更有效、更方便的了。現(xiàn)在一些時(shí)髦點(diǎn)的調(diào)節(jié)器基本源自PID。甚至可以這樣說(shuō)：PID調(diào)節(jié)器是其它控制調(diào)節(jié)算法的媽。

為什么PID應(yīng)用如此廣泛、又長(zhǎng)久不衰？

因?yàn)镻ID解決了自動(dòng)控制理論所要解決的最基本問(wèn)題，既系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，兼顧系統(tǒng)的帶載能力和抗擾能力，同時(shí)，在PID調(diào)節(jié)器中引入積分項(xiàng)，系統(tǒng)增加了一個(gè)零積點(diǎn)，使之成為一階或一階以上的系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差就為零。

由于自動(dòng)控制系統(tǒng)被控對(duì)象的千差萬(wàn)別，PID的參數(shù)也必須隨之變化，以滿足系統(tǒng)的性能要求。這就給使用者帶來(lái)相當(dāng)?shù)穆闊?，特別是對(duì)初學(xué)者。下面簡(jiǎn)單介紹一下調(diào)試PID參數(shù)的一般步驟：

1．負(fù)反饋

自動(dòng)控制理論也被稱為負(fù)反饋控制理論。首先檢查系統(tǒng)接線，確定系統(tǒng)的反饋為負(fù)反饋。例如電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，輸入信號(hào)為正，要求電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，反饋信號(hào)也為正（PID算法時(shí)，誤差=輸入-反饋），同時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，反饋信號(hào)越大。其余系統(tǒng)同此方法。

2．PID調(diào)試一般原則

a.在輸出不振蕩時(shí)，增大比例增益P。

b.在輸出不振蕩時(shí)，減小積分時(shí)間常數(shù)Ti。

c.在輸出不振蕩時(shí)，增大微分時(shí)間常數(shù)Td。

3．一般步驟

a.確定比例增益P

確定比例增益P時(shí)，首先去掉PID的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)，一般是令Ti=0、Td=0（具體見(jiàn)PID的參數(shù)設(shè)定說(shuō)明），使PID為純比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的最大值的60%~70%，由0逐漸加大比例增益P，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過(guò)來(lái)，從此時(shí)的比例增益P逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時(shí)的比例增益P，設(shè)定PID的比例增益P為當(dāng)前值的60%~70%。比例增益P調(diào)試完成。

b.確定積分時(shí)間常數(shù)Ti

比例增益P確定后，設(shè)定一個(gè)較大的積分時(shí)間常數(shù)Ti的初值，然后逐漸減小Ti，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過(guò)來(lái)，逐漸加大Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時(shí)的Ti，設(shè)定PID的積分時(shí)間常數(shù)Ti為當(dāng)前值的150%~180%。積分時(shí)間常數(shù)Ti調(diào)試完成。

c.確定積分時(shí)間常數(shù)Td

積分時(shí)間常數(shù)Td一般不用設(shè)定，為0即可。若要設(shè)定，與確定P和Ti的方法相同，取不振蕩時(shí)的30%。

d.系統(tǒng)空載、帶載聯(lián)調(diào)，再對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，直至滿足要求。2.PID控制簡(jiǎn)介目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)﹑輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過(guò)輸出接口﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)﹐加到被控系統(tǒng)上﹔控制系統(tǒng)的被控量﹐經(jīng)過(guò)傳感器﹐變送器﹐通過(guò)輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)﹐其傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開(kāi)發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器(intelligentregulator)，其中PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過(guò)智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。有利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC)，還有可實(shí)現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等?？删幊炭刂破?PLC)是利用其閉環(huán)控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)PID控制，而可編程控制器(PLC)可以直接與ControlNet相連，如Rockwell的PLC-5等。還有可以實(shí)現(xiàn)PID控制功能的控制器，如Rockwell的Logix產(chǎn)品系列，它可以直接與ControlNet相連，利用網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。

1、開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)

開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)(open-loopcontrolsystem)是指被控對(duì)象的輸出(被控制量)對(duì)控制器(controller)的輸出沒(méi)有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來(lái)以形成任何閉環(huán)回路。

2、閉環(huán)控制系統(tǒng)

閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loopcontrolsystem)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象的輸出(被控制量)會(huì)反送回來(lái)影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反，則稱為負(fù)反饋(NegativeFeedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過(guò)不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。如果沒(méi)有眼睛，就沒(méi)有了反饋回路，也就成了一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。另例，當(dāng)一臺(tái)真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源，它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

3、階躍響應(yīng)

階躍響應(yīng)是指將一個(gè)階躍輸入（stepfunction）加到系統(tǒng)上時(shí)，系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后﹐系統(tǒng)的期望輸出與實(shí)際輸出之差?？刂葡到y(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)字來(lái)描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stability)，一個(gè)系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的﹔準(zhǔn)是指控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、控制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)(Steady-stateerror)描述，它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差﹔快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，通常用上升時(shí)間來(lái)定量描述。

4、PID控制的原理和特點(diǎn)

在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。

比例（P）控制

比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-stateerror）。

積分（I）控制

在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（SystemwithSteady-stateError）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。

微分（D）控制

在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。

5、PID控制器的參數(shù)整定

PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類(lèi)：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作﹔(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期﹔(3)在一定的控制度下通過(guò)公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。3.PID控制器參數(shù)的工程整定,各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中PID參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以下可參照：溫度T:P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s壓力P:P=30~70%,T=24~180s,液位L:P=20~80%,T=60~300s,流量L:P=40~100%,T=6~60s。4.PID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(pán)要放大曲線漂浮繞大灣，比例度盤(pán)往小扳曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng)曲線振蕩頻率快，先把微分降下來(lái)動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢。微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)理想曲線兩個(gè)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(huì)低三沖量控制(模式2)PID參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)整定培訓(xùn)教材

XMPA7000三沖量控制(模式2)PID參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)整定培訓(xùn)教材1.PID調(diào)節(jié)器的適用范圍

PID調(diào)節(jié)控制是一個(gè)傳統(tǒng)控制方法，它適用于溫度、壓力、流量、液位等幾乎所有現(xiàn)場(chǎng)，不同的現(xiàn)場(chǎng)，僅僅是PID參數(shù)應(yīng)設(shè)置不同，只要參數(shù)設(shè)置得當(dāng)均可以達(dá)到很好的效果。均可以達(dá)到0.1%，甚至更高的控制要求。

2.PID參數(shù)的意義和作用指標(biāo)分析

P、I、D：y=yP+yi+yd

2.1.P參數(shù)設(shè)置

名稱：比例帶參數(shù)，單位為(%)。

比例作用定義：比例作用控制輸出的大小與誤差的大小成正比，當(dāng)誤差占量程的百分比達(dá)到P值時(shí)，比例作用的輸出=100%，這P就定義為比例帶參數(shù)。即yp=×100%=×100%=Kp·Err(1)

（其中：yP=KP·Δ、Δ=SP-PV，取0-100%）

KP=1/（FS·P）

也可以理解成，當(dāng)誤差達(dá)到量程乘以P(%)時(shí)，比例作用的輸出達(dá)100%。

例：對(duì)于量程為0-1300℃的溫控系統(tǒng)，當(dāng)P設(shè)置為10%時(shí)，F(xiàn)S乘以P等于130℃，說(shuō)明當(dāng)誤差達(dá)到130℃

為什么要引進(jìn)微分作用呢？

前面已經(jīng)分析過(guò)，不論比例調(diào)節(jié)作用，還是積分調(diào)節(jié)作用都是建立在產(chǎn)生誤差后才進(jìn)行調(diào)節(jié)以消除誤差，都是事后調(diào)節(jié)，因此這種調(diào)節(jié)對(duì)穩(wěn)態(tài)來(lái)說(shuō)是無(wú)差的，對(duì)動(dòng)態(tài)來(lái)說(shuō)肯定是有差的，因?yàn)閷?duì)于負(fù)載變化或給定值變化所產(chǎn)生的擾動(dòng)，必須等待產(chǎn)生誤差以后，然后再來(lái)慢慢調(diào)節(jié)予以消除。

但一般的控制系統(tǒng)，不僅對(duì)穩(wěn)定控制有要求，而且對(duì)動(dòng)態(tài)指標(biāo)也有要求，通常都要求負(fù)載變化或給定調(diào)整等引起擾動(dòng)后，恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)的速度要快，因此光有比例和積分調(diào)節(jié)作用還不能完全滿足要求，必須引入微分作用。比例作用和積分作用是事后調(diào)節(jié)(即發(fā)生誤差后才進(jìn)行調(diào)節(jié))，而微分作用則是事前預(yù)防控制，即一發(fā)現(xiàn)PV有變大或變小的趨勢(shì)，馬上就輸出一個(gè)阻止其變化的控制信號(hào)，以防止出現(xiàn)過(guò)沖或超調(diào)等。

D越大，微分作用越強(qiáng)，D越小，微分作用越弱。系統(tǒng)調(diào)試時(shí)通常把D從小往大調(diào)，具體參數(shù)由試驗(yàn)決定。

如：由于給定值調(diào)整或負(fù)載擾動(dòng)引起PV變化，比例作用和微分作用一定等到PV值變化后才進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且誤差小時(shí)，產(chǎn)生的比例和積分調(diào)節(jié)作用也小，糾正誤差的能力也小，誤差大時(shí)，產(chǎn)生的比例和積分作用才增大。因?yàn)槭鞘潞笳{(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)指標(biāo)不會(huì)很理想。而微分作用可以在產(chǎn)生誤差之前一發(fā)現(xiàn)有產(chǎn)生誤差的趨勢(shì)就開(kāi)始調(diào)節(jié)，是提前控制，所以及時(shí)性更好，可以最大限度地減少動(dòng)態(tài)誤差，使整體效果更好。但微分作用只能作為比例和積分控制的一種補(bǔ)充，不能起主導(dǎo)作用，微分作用不能太強(qiáng)，太強(qiáng)也會(huì)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，產(chǎn)生振蕩，微分作用只能在P和I調(diào)好后再由小往大調(diào)，一點(diǎn)一點(diǎn)試著加上去。

4.PID綜合調(diào)試

比例作用，積分作用和微分作用的關(guān)系是：比例作用是主要調(diào)節(jié)作用，起主導(dǎo)作用。

積分作用是輔助調(diào)節(jié)作用；微分作用是補(bǔ)償作用。

在實(shí)際調(diào)試時(shí)可按以下步驟進(jìn)行。

1)關(guān)掉積分作用和微分作用，先調(diào)P。即令I(lǐng)>3600秒，D=0秒，將P由大往小調(diào)以達(dá)到能快速響應(yīng)，又不產(chǎn)生振蕩為好。并需結(jié)合量程進(jìn)行定量估算。

2)P調(diào)好后再調(diào)I，I由大往小調(diào)，以能快速響應(yīng)，消除靜差，又不產(chǎn)生超調(diào)為好，或有少量超調(diào)也可以。I應(yīng)考慮與系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)相匹配。一般I值和慣性時(shí)間差不多。

3)P、I調(diào)好后，再調(diào)D。一般的系統(tǒng)D=0，1或2。只有部分滯后較大的系統(tǒng)，D值才可能調(diào)大些。

4)PID參數(shù)修改后，可以少量修改給定值，觀察系統(tǒng)的跟蹤響應(yīng)，以判斷PID參數(shù)是否合適。

5)P值太小，I值太小或D值太大均會(huì)引起系統(tǒng)超調(diào)振蕩。

6)對(duì)于個(gè)別系統(tǒng)，如加溫快降溫慢，或升壓快降壓慢，或液位升得快降得慢等不平衡系統(tǒng)是很難控制的，更難兼顧動(dòng)態(tài)指標(biāo)，只能將P調(diào)大些，I值也調(diào)大些，犧牲動(dòng)態(tài)指標(biāo)來(lái)保證穩(wěn)態(tài)指標(biāo)。這是由系統(tǒng)的不可控制特性所決定的，而與PID調(diào)節(jié)器的性能無(wú)關(guān)。

5、三沖量控制使用范例：

假設(shè)：一個(gè)75t/h鍋爐,汽包水位采用帶前饋三沖量控制。

蒸汽流量:4~20mA信號(hào)對(duì)應(yīng)0~100t/h

給水流量:4~20mA信號(hào)對(duì)應(yīng)0~100t/h

汽包水位:4~20mA信號(hào)對(duì)應(yīng)-300~300mm

5.1

5.1.1按這種情況，選用模式2。

5.1.2在這種模式下IN5不用，將IN5分度號(hào)設(shè)為0~10mA，接線端子可空著。

5.1.3將汽包水位信號(hào)接到IN1，給水流量信號(hào)接到IN2，蒸汽流量信號(hào)接到IN3。

5.1.4輸出接后備操作器。DI1接操作器手動(dòng)狀態(tài)繼電器輸出信號(hào)，IN4接操作器閥位反饋輸出信號(hào)。用于后備操作器的手/自動(dòng)無(wú)擾切換。

5.2儀表接線：

汽包水位:4~20mA信號(hào)，接3,4端子。

給水流量:4~20mA信號(hào)，接7、8端子。

蒸汽流量:4~20mA信號(hào)，接10、13端子。

控制輸出：4~20mA信號(hào)，接18、19端子

5.3儀表菜單設(shè)置：

5.3.1在模式選擇菜單中，將模式設(shè)為2(見(jiàn)C.模式參數(shù)設(shè)置)。

5.3.2在控制參數(shù)菜單中，將PID1的前饋系數(shù)及前饋偏值設(shè)為0(見(jiàn)B.控制參數(shù)設(shè)置框圖)。

5.3.3在量程設(shè)置菜單中，

將IN1分度號(hào)設(shè)為4~20mA，量程下限設(shè)為-300，量程上限設(shè)為300。

將IN2分度號(hào)設(shè)為4~20mA，量程下限設(shè)為0，量程上限設(shè)為100.0。

將IN3分度號(hào)設(shè)為4~20mA，量程下限設(shè)為0，量程上限設(shè)為100.0。

5.4儀表參數(shù)設(shè)置：

5.4.1PID參數(shù)人工整定。(注意事項(xiàng)：在調(diào)試過(guò)程中，出現(xiàn)汽包水位偏離正常值過(guò)多時(shí)，應(yīng)先用手動(dòng)改變輸出使汽包水位恢復(fù)正常值，以免影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。)

a.手動(dòng)調(diào)整后備操作器輸出使系統(tǒng)大致穩(wěn)定，觀察此時(shí)閥門(mén)開(kāi)度值mv與給水流量值。

b.按LOOP鍵，使L1燈亮，L2燈滅(切換到顯示回路1)，按A/M鍵，使MAN1燈亮，再把附屏顯示設(shè)為顯示PID1控制輸出（E.附屏設(shè)置），按Ñ或D鍵使PID1控制輸出為mv值。

c.按LOOP鍵，使L1燈滅，L2燈亮(切換到顯示回路2)。

d.按A/M鍵，使MAN2燈亮，按Ñ或D鍵使PID2控制輸出為mv值，待給水流量值穩(wěn)定后。

e.調(diào)整PID2的P、I、D三個(gè)參數(shù)(在調(diào)節(jié)流量\壓力\液位時(shí)通常D參數(shù)設(shè)為0)；當(dāng)調(diào)整了P或I的參數(shù)后需要觀察PID參數(shù)是否適當(dāng)時(shí)，按A/M鍵，MAN2燈滅，在工作態(tài)，再按下LOOP鍵使L1燈亮，L2燈滅(切換到顯示回路1)，按Ñ或D鍵改變PID1控制輸出值(給水流量給定值)，看給水流量是否能夠快速跟蹤到PID1的控制輸出值(給水流量給定值)，并且沒(méi)有超調(diào)過(guò)大及振蕩現(xiàn)象。

f.若有上述現(xiàn)象則重復(fù)d.e.步驟重新調(diào)整PI參數(shù)，直致能夠快速穩(wěn)定地到給定值。

g.按LOOP鍵，使L1燈滅，L2燈亮(切換到顯示回路2)。按A/M鍵，使MAN2燈亮，按Ñ或D鍵使PID2控制輸出為mv值，待給水流量值穩(wěn)定后。

h.調(diào)整PID1的P、I、D三個(gè)參數(shù)(在調(diào)節(jié)流量\壓力\液位時(shí)通常D參數(shù)設(shè)為0)；當(dāng)調(diào)整了P或I的參數(shù)后需要觀察PID參數(shù)是否適當(dāng)時(shí)，按A/M鍵，MAN2燈滅，在工作態(tài)，再按下LOOP鍵使L1燈亮，L2燈滅(切換到顯示回路1)，按A/M鍵，使MAN1燈滅，進(jìn)入工作態(tài)，按Ñ或D鍵改變PID1給定輸出值(汽包水位給定值)，看汽包水位否能夠快速跟蹤到PID1的給定值，并且沒(méi)有超調(diào)過(guò)大及振蕩現(xiàn)象。

i.若有上述現(xiàn)象則重復(fù)g.h.步驟重新調(diào)整PI參數(shù)，直致能夠快速穩(wěn)定地到給定值。

j.按下LOOP鍵使L1燈亮，L2燈滅(切換到顯示回路1)。

5.4.2蒸汽流量前饋加法整定：將附屏設(shè)為In3（詳見(jiàn)E.附屏顯示設(shè)置），系統(tǒng)投運(yùn)在正常額定負(fù)載下，系統(tǒng)工作穩(wěn)定后，讀出附屏前饋輸入值(即蒸汽流量值)，假設(shè)為75.0，計(jì)算出此時(shí)前饋量百分比值FFS=75.0/(100.0-0)=75%,設(shè)計(jì)前饋輸入擾動(dòng)(根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況判定)=15%，前饋加法作用(經(jīng)驗(yàn)值、在三沖量控制時(shí)取值較小)=10%。前饋系數(shù)FFS.K=10%/15%=0.67，前饋偏值FFS.B=-FFS.K*FFS=-0.67*75%=-50.25%。

則在控制參數(shù)菜單中，將PID1的前饋系數(shù)FFS.K設(shè)置為0.67，前饋偏值FFS.B設(shè)為-50.3。附錄：自備電廠20T煤氣鍋爐三沖量調(diào)試有感：

觀察在手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，負(fù)荷（蒸汽流量）值，以及給水流量的值，一般情況下，常用蒸汽流量值作為一個(gè)參照數(shù)（如在本例調(diào)試中為40T）；此時(shí)將手操器打到手動(dòng)，回路2打到自動(dòng)，回路1打到手動(dòng)，并將回路1的手動(dòng)輸出調(diào)到40%（對(duì)應(yīng)0－100T的量程，即為常用流量40T）

此時(shí)調(diào)整回路2的PID參數(shù)，將手操器打到自動(dòng)，觀察調(diào)節(jié)效果，注意：為觀察調(diào)節(jié)效果而進(jìn)行的人為給定（即回路1的輸出）的擾動(dòng)最好在20%范圍內(nèi)，以免造成劇烈振蕩；同時(shí)還應(yīng)該注意兼顧此時(shí)的液位值應(yīng)該在允許范圍內(nèi)，若液位值偏高，則將給水流量的給定值（即回路1的輸出）調(diào)到小于蒸汽流量值（具體值，根據(jù)液位偏高的程度越大，給水流量的給定值就應(yīng)該越?。?/p>

若回路2的PID參數(shù)能作到振蕩幅度較小，并在2分鐘內(nèi)趨于穩(wěn)定則認(rèn)為參數(shù)基本適合，一般P＝（50～200）；I＝（10～80），D＝0；

在調(diào)整回路2的PID參數(shù)時(shí)還要注意：若輸出值變化過(guò)快會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作頻繁，發(fā)熱，導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)觸發(fā)自保護(hù)，不動(dòng)作了。出現(xiàn)這種情況，可暫停調(diào)試，將手操器打到手動(dòng)。此時(shí)，給水用旁通閥，加大流量，用停給水泵下調(diào)液位，以保證生產(chǎn)正常運(yùn)行。

因此，回路2的輸出閥位變化率應(yīng)調(diào)到3%以下。PID控制簡(jiǎn)介

目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。

自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。

一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)﹑輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過(guò)輸出接口﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu),加到被控系統(tǒng)上;控制系統(tǒng)的被控量,經(jīng)過(guò)傳感器,變送器,通過(guò)輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng),其傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。

目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開(kāi)發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器，其中PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過(guò)智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。有利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC)，還有可實(shí)現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等。

1、開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)

開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是指被控對(duì)象的輸出(被控制量)對(duì)控制器的輸出沒(méi)有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來(lái)以形成任何閉環(huán)回路。

2、閉環(huán)控制系統(tǒng)

閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象的輸出(被控制量)會(huì)反送回來(lái)影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反，則稱為負(fù)反饋，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。

3、階躍響應(yīng)

階躍響應(yīng)是指將一個(gè)階躍輸入加到系統(tǒng)上時(shí)，系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后,系統(tǒng)的期望輸出與實(shí)際輸出之差。控制系統(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)字來(lái)描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一個(gè)系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的;準(zhǔn)是指控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、控制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)描述，它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差;快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，通常用上升時(shí)間來(lái)定量描述。

4、PID控制的原理和特點(diǎn)

在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象,或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。

比例（P）控制

比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。

積分（I）控制

在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。

微分（D）控制

在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。

自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。

5、PID控制器的參數(shù)整定

PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。

PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類(lèi)：

一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。

二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。

PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。

三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。

現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：

(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作;

(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期;

(3)在一定的控制度下通過(guò)公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。智能PID控制簡(jiǎn)介

傳統(tǒng)的PID控制最主要的問(wèn)題是參數(shù)整定問(wèn)題，一旦整定計(jì)算好后，在整個(gè)控制過(guò)程中都是固定不變的，而在實(shí)際系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)狀態(tài)和參數(shù)等發(fā)生變化時(shí)，過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)狀態(tài)和參數(shù)的不確定性，系統(tǒng)很難達(dá)到最佳的控制效果。因此，在現(xiàn)代工業(yè)過(guò)程控制中，采用傳統(tǒng)的PID控制器難以獲得滿意的控制效果。

智能PID控制就是將智能控制(intelligentcontrol)與傳統(tǒng)的PID控制相結(jié)合，是自適應(yīng)的，它的設(shè)計(jì)思想是利用專家系統(tǒng)（ExpertSystem）、模糊控制(fuzzycontrol)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(neuralnetwork)技術(shù)，將人工智能以非線性控制方式引入到控制器中，使系統(tǒng)在任何運(yùn)行狀態(tài)下均能得到比傳統(tǒng)PID控制更好的控制性能。具有不依賴系統(tǒng)精確數(shù)學(xué)模型和控制器參數(shù)在線自動(dòng)調(diào)整等特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化具有較好的適應(yīng)性。

模糊PID控制是利用當(dāng)前的控制偏差和偏差，結(jié)合被控過(guò)程動(dòng)態(tài)特性的變化，以及針對(duì)具體過(guò)程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)一定的控制要求或目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)模糊規(guī)則推理，對(duì)PID控制器的三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整。智能PID控制主要有模糊PID控制器、專家PID控制器和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制器等。

專家系統(tǒng)是一種能在某個(gè)特定領(lǐng)域內(nèi)﹐以人類(lèi)專家水平解決該領(lǐng)域中專門(mén)任務(wù)的計(jì)算器系統(tǒng)﹐其內(nèi)部具有某個(gè)領(lǐng)域中大量專家水平的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)﹐能夠利用人類(lèi)專家的知識(shí)和解決問(wèn)題的方法來(lái)解決該領(lǐng)域的問(wèn)題。專家PID控制采用規(guī)則PID控制形式，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)誤差和系統(tǒng)輸出的識(shí)別，以了解被控對(duì)象過(guò)程動(dòng)態(tài)特性的變化，在線調(diào)整PID三個(gè)參數(shù)，直到過(guò)程的響應(yīng)曲線為某種最佳響應(yīng)曲線。它是一種基于啟發(fā)式規(guī)則推理的自適應(yīng)技術(shù)，其目的就是為了應(yīng)付過(guò)程中出現(xiàn)的不確定性。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)亦稱為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)﹐就是將人工神經(jīng)元按某種方式聯(lián)結(jié)組成的網(wǎng)絡(luò)﹐用于模擬人腦神經(jīng)元活動(dòng)的過(guò)程﹐實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的加工﹑處理﹑存儲(chǔ)等。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有前向網(wǎng)絡(luò)（前饋網(wǎng)絡(luò)）﹑反饋網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式。與模糊PID控制和專家PID控制不同，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制不是用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)整定PID的參數(shù)，而是用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接作為控制器，通過(guò)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)系數(shù)間接地調(diào)整PID參數(shù)。

PID常用口訣

1.PID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(pán)要放