PID參數(shù)整定培訓(xùn)

PID參數(shù)整定原理培訓(xùn)

2什么是PID控制?它是比例、積分和微分控制的簡稱：Proportional-Integral-DifferentialController反饋控制－根據(jù)偏差進(jìn)行的控制作用：使被控對(duì)象(如罐子液位、溫度等)的值保持在一定范圍。PID調(diào)節(jié)器閥門被控對(duì)象測(cè)量變送器設(shè)定值偏差PID調(diào)節(jié)概述1、純比例調(diào)節(jié)器純比例調(diào)節(jié)器的輸出與輸入成比例，即：其中K為比例系數(shù)，P為過程值，S為設(shè)定值，則有：一般而言，設(shè)定值為常數(shù)，對(duì)上式求導(dǎo)，有：也有用增益的倒數(shù)表示δ=1/k

(δ稱為比例帶)；若測(cè)量儀表的量程為100℃則δ＝50%就表示被調(diào)量需要變化50℃才能使調(diào)節(jié)閥從全關(guān)到全開。K越小，δ值越大，作用越弱；K越大，δ值越小，作用越強(qiáng)。通過上述兩式，對(duì)于一個(gè)純比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在設(shè)定值不變的情況下，我們可以得到如下幾點(diǎn)結(jié)論：對(duì)于正作用的調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器輸出曲線與被調(diào)量曲線波峰、波谷出現(xiàn)在同一時(shí)刻，其走勢(shì)完全一致；對(duì)于反作用的調(diào)節(jié)器，被調(diào)量的曲線出現(xiàn)波谷時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出曲線出現(xiàn)波峰；被調(diào)量的曲線出現(xiàn)波峰時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出曲線出現(xiàn)波谷，其走勢(shì)完全相反；被調(diào)量變化是調(diào)節(jié)器輸出變化的充要條件；純比例調(diào)節(jié)是有靜態(tài)偏差(與期望值有偏差)的調(diào)節(jié)。純比例調(diào)節(jié)器2、純積分調(diào)節(jié)器積分作用存在的情況下，只要調(diào)節(jié)器的輸入偏差不等于零，調(diào)節(jié)器的輸出就會(huì)一直累積下去。純積分調(diào)節(jié)器的輸出與輸入關(guān)系如下：

其中Ti為積分時(shí)間，P為過程值，S為設(shè)定值。對(duì)上式兩邊同時(shí)求導(dǎo)，有：當(dāng)設(shè)定值為常數(shù)的情況下，通過上述式我們可以得到關(guān)于純積分調(diào)節(jié)器的如下結(jié)論：對(duì)于正作用的調(diào)節(jié)器，偏差大于0時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出增大，偏差小于0時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出減小，反作用的調(diào)節(jié)器則反之；調(diào)節(jié)器輸出的變化率與偏差的絕對(duì)值有關(guān)，偏差的絕對(duì)值越大，調(diào)節(jié)器的輸出變化越劇烈，其曲線波形越陡峭。；偏差達(dá)到極值時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出的變化趨勢(shì)不變，速率開始減緩；偏差等于零時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出達(dá)到極值，即其曲線達(dá)到波峰或波谷，。無論被調(diào)量如何變化，調(diào)節(jié)器輸出始終不會(huì)出現(xiàn)顯著的階躍變化；只要偏差存在，調(diào)節(jié)器的輸出就會(huì)變化，直至消除偏差為止，因此從理論上講，純積分調(diào)節(jié)是無差的調(diào)節(jié)。純積分調(diào)節(jié)器3、微分調(diào)節(jié)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，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。微分調(diào)節(jié)主要用于調(diào)節(jié)對(duì)象有大的傳遞滯后和容量滯后。（例如溫度與大容量液位）微分一般用微分時(shí)間表示，單位S，用TD表示。在實(shí)際使用過程中，值越大作用越強(qiáng)。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(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱。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(duì)偏差變化速度有反應(yīng)，與偏差大小無關(guān)。對(duì)參數(shù)調(diào)整實(shí)行先比例、后積分，再微分的整定步驟。微分調(diào)節(jié)通知單內(nèi)容：2016-03-018TEP006RF頻繁觸發(fā)8TEP568KA報(bào)警，懷疑8TEP408VN調(diào)節(jié)性能不佳，請(qǐng)?zhí)幚?。核?shí)趨勢(shì)如下圖1：核實(shí)為8TEP408MT溫度低于35℃時(shí)，觸發(fā)568KA報(bào)警。如下圖（二）為現(xiàn)場制硼工藝蒸發(fā)段:002EV為蒸發(fā)器，006RF為冷卻器，硼酸溶液排放至007BA，汽水分離后的蒸餾水排放至005和006BA。系統(tǒng)打循環(huán)，一段時(shí)間排放硼酸溶液，一段時(shí)間排放蒸餾水；排放蒸餾水期間關(guān)閉290VN，導(dǎo)致閥門不處于自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)?，F(xiàn)場工藝結(jié)合圖（一）：8TEP408MT趨勢(shì)圖圖（二）：制硼蒸發(fā)工藝實(shí)例分析1.1現(xiàn)象描述2012年6月11日，寧德核電1號(hào)機(jī)凝汽器水位投入自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，但當(dāng)1CEX022VD（凝汽器補(bǔ)水閥）投入自動(dòng)后，出現(xiàn)1CEX022VD全開全關(guān)且凝汽器水位震蕩、閥門頻繁全開全關(guān)的現(xiàn)象，如圖1所示。其中調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)（Kp）為2.25、積分時(shí)間（Ti）為10、微分時(shí)間（Td）為0且為反作用。1、凝汽器水位控制震蕩問題分析圖1凝汽器水位投入自動(dòng)控制后趨勢(shì)寧德核電1號(hào)機(jī)凝汽器水位控制原理圖如圖2所示：在圖1中對(duì)凝汽器水位投自動(dòng)后一個(gè)周期的趨勢(shì)進(jìn)行分析，如圖所標(biāo)注的1、2、3、4時(shí)間段趨勢(shì)。其中凝汽器水位的設(shè)定值為900mm，被標(biāo)注的趨勢(shì)線為凝汽器水位測(cè)量值，其中A、F點(diǎn)為分析時(shí)間段內(nèi)凝汽器水位測(cè)量值的波峰，C點(diǎn)為波谷，B、E點(diǎn)水位測(cè)量值等于設(shè)定值。分析此現(xiàn)象的大體思路為：先將調(diào)節(jié)器的比例作用、積分作用單獨(dú)進(jìn)行分析其對(duì)調(diào)節(jié)器輸出的影響，然后再將兩者進(jìn)行整合，根據(jù)調(diào)節(jié)器的輸出趨勢(shì)，判斷哪個(gè)的作用更強(qiáng)。首先分析圖3.2.1中的第4時(shí)間段，水位測(cè)量值在A點(diǎn)（波峰）時(shí)，此時(shí)因水位測(cè)量值變化率0，根據(jù)之前純比例、純積分作用對(duì)調(diào)節(jié)器輸出影響的分析，在設(shè)定值不變的情況下，比例作用此時(shí)圖將出現(xiàn)拐點(diǎn)，即由之前使調(diào)節(jié)器輸出減?。P(guān)閥）變?yōu)槭拐{(diào)節(jié)器輸出增加（開閥）；積分作用的變化率最大且其作用使調(diào)節(jié)器的輸出減?。P(guān)閥）（因?yàn)樗粶y(cè)量值大于設(shè)定值），但因調(diào)節(jié)器的輸出（閥位指令）此時(shí)已經(jīng)為0%，根據(jù)調(diào)節(jié)器自身的設(shè)計(jì)，當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出達(dá)到上下限時(shí)切除積分作用，所以此時(shí)積分作用是切除的。隨后水位測(cè)量值開始下降，因調(diào)節(jié)器為反作用，所以比例作用會(huì)使調(diào)節(jié)器的輸出增加（開閥）。但只要調(diào)節(jié)器的輸出增加，其輸出離開下限，積分作用開始起作用且使調(diào)節(jié)器的輸出減小，因?yàn)榇藭r(shí)積分作用比比例作用強(qiáng)，所以閥門馬上又會(huì)關(guān)閉，關(guān)閉后積分作用又會(huì)被切除，如此循環(huán)，所以出現(xiàn)了4時(shí)間段內(nèi)調(diào)節(jié)器的輸出（閥位命令）出現(xiàn)毛刺的現(xiàn)象。直到快到B點(diǎn)前的某一時(shí)刻，此時(shí)由于比例作用比積分作用強(qiáng)，調(diào)節(jié)器的輸出（閥位命令）開始慢慢增加，閥門開始慢慢開啟，此閥門開啟的時(shí)間點(diǎn)離B點(diǎn)太近是由于積分作用過強(qiáng)導(dǎo)致的。在B點(diǎn)前后調(diào)節(jié)器的輸出（閥位命令）出現(xiàn)一段平滑的趨勢(shì)是因?yàn)樗粶y(cè)量值與設(shè)定值的偏差處于死區(qū)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)器的輸出保持不變。接著分析第3時(shí)間段，水位測(cè)量值在B點(diǎn)時(shí)，因此時(shí)偏差=0，所以積分作用的變化率為0，是積分作用出現(xiàn)拐點(diǎn)的時(shí)刻即由之前使調(diào)節(jié)器輸出減?。P(guān)閥）變?yōu)槭拐{(diào)節(jié)器輸出增加（開閥）。因水位測(cè)量值此時(shí)還是下降的，所以比例作用還是使調(diào)節(jié)器的輸出增加。但過了B點(diǎn)出現(xiàn)了調(diào)節(jié)器的輸出（閥門命令）急劇增加，且閥門出現(xiàn)全開的現(xiàn)象，此時(shí)是因?yàn)檫^程值小于設(shè)定值，所以積分作用使調(diào)節(jié)器的輸出（閥門命令）增加，與比例作用相加后產(chǎn)生了此時(shí)的現(xiàn)象。所以從這一點(diǎn)我們能夠看出，當(dāng)積分作用使調(diào)節(jié)器的輸出（閥門命令）增加后，閥門命令命令就急劇增加至全開，是典型的積分飽和現(xiàn)象，所以此現(xiàn)象是由于積分作用過強(qiáng)導(dǎo)致的。從另外一方面閥門在全開和全關(guān)位置停留的時(shí)間過長這個(gè)現(xiàn)象，我們也可以看出此調(diào)節(jié)器的積分作用過強(qiáng)。1和2時(shí)間段的分析同理3、4時(shí)間段，就不進(jìn)行分析了。

1.2原因分析PID參數(shù)整定培訓(xùn)PID參數(shù)整定培訓(xùn)圖2凝汽器水位控制原理圖從上述一個(gè)震蕩周期的分析，可以得出當(dāng)1CEX022VD（凝汽器補(bǔ)水閥）自動(dòng)投入后，出現(xiàn)1CEX022VD全開全關(guān)且凝汽器水位震蕩現(xiàn)象是由于調(diào)節(jié)器的積分作用太強(qiáng)導(dǎo)致，得出此結(jié)論主要基于以下三個(gè)方面：閥門開啟的時(shí)間點(diǎn)離B點(diǎn)很近；過了B點(diǎn)出現(xiàn)了調(diào)節(jié)器的輸出（閥門命令）急劇增加，且閥門出現(xiàn)全開的現(xiàn)象；閥門在全開和全關(guān)位置停留的時(shí)間過長。PID參數(shù)整定培訓(xùn)1.3結(jié)論P(yáng)ID參數(shù)整定培訓(xùn)在2012年12月7日，將凝汽器水位調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間由10修改為310，比例由2.25修改為1后，進(jìn)行5%設(shè)定值擾動(dòng)其趨勢(shì)如圖3所示。1.4后續(xù)行動(dòng)圖3調(diào)節(jié)器參數(shù)修改后設(shè)定值擾動(dòng)趨勢(shì)PID參數(shù)整定培訓(xùn)2、1SRI060VD投自動(dòng)后震蕩問題分析

2.1現(xiàn)象描述2012年11月7日，寧德核電1號(hào)機(jī)常規(guī)島閉路冷卻水流量投入自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，但當(dāng)1SRI060VD（常規(guī)島閉路冷卻水流量調(diào)節(jié)閥）投入自動(dòng)后，出現(xiàn)1SRI060VD閥門震蕩、冷卻水流量波動(dòng)的現(xiàn)象，如圖4所示。其中調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)（Kp）為0.25、積分時(shí)間（Ti）為30、微分時(shí)間（Td）為0且為反作用。圖4常規(guī)島閉路冷卻水流量投入自動(dòng)控制后趨勢(shì)

2.2原因分析寧德核電1號(hào)機(jī)閉路冷卻水流量控制原理圖如圖5所示：在圖4中對(duì)常規(guī)島閉路冷卻水流量控制投自動(dòng)后一個(gè)周期的趨勢(shì)進(jìn)行分析，其中冷卻水流量設(shè)定值為1800m3/h，如圖所標(biāo)注A、B、C、D、E、F，其中A、E點(diǎn)為分析時(shí)間段內(nèi)閉路冷卻水測(cè)量值的波峰、C點(diǎn)為波谷；B、F點(diǎn)調(diào)節(jié)器輸出（冷卻水流量調(diào)節(jié)閥命令）的波谷、D點(diǎn)為波峰。從圖4中可以看出如下現(xiàn)象：冷卻水流量出現(xiàn)A、E點(diǎn)的時(shí)刻分別與調(diào)節(jié)器輸出（冷卻水流量調(diào)節(jié)閥命令）出現(xiàn)B、F點(diǎn)的時(shí)刻幾乎一致；冷卻水流量出現(xiàn)C點(diǎn)的時(shí)刻與調(diào)節(jié)器輸出（冷卻水流量調(diào)節(jié)閥命令）出現(xiàn)D點(diǎn)的時(shí)刻幾乎一致。由于調(diào)節(jié)器為反作用，可以看出上述現(xiàn)象與純比例調(diào)節(jié)器特征基本一致即被調(diào)量的曲線出現(xiàn)波谷時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出曲線出現(xiàn)波峰；被調(diào)量的曲線出現(xiàn)波峰時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出曲線出現(xiàn)波谷。PID參數(shù)整定培訓(xùn)2.3結(jié)論從上述一個(gè)震蕩周期的分析，可以得出1SRI060VD（常規(guī)島閉路冷卻水流量調(diào)節(jié)閥）投入自動(dòng)后，出現(xiàn)1SRI060VD閥門震蕩、冷卻水流量波動(dòng)的現(xiàn)象是由于調(diào)節(jié)器的比例作用太強(qiáng)導(dǎo)致。PID參數(shù)整定培訓(xùn)PID參數(shù)整定培訓(xùn)2.4后續(xù)行動(dòng)將調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)由0.25修改為0.01，Ti由30修改為15后，進(jìn)行5%流量的擾動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)合格，未出現(xiàn)調(diào)節(jié)器輸出發(fā)散的現(xiàn)象，如圖6所示。圖6調(diào)節(jié)器參數(shù)修改后的趨勢(shì)

1、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定前需要添加的曲線單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)：設(shè)定值曲線、調(diào)節(jié)器輸出曲線、被調(diào)量曲線；例如凝汽器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)需添加凝汽器水位設(shè)定值、凝汽器水位測(cè)量值、調(diào)節(jié)器輸出（閥門命令）三條曲線。串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)：主調(diào)節(jié)器設(shè)定值曲線、主調(diào)節(jié)器被調(diào)量曲線、主調(diào)節(jié)器輸出曲線、副調(diào)節(jié)器被調(diào)量曲線、副調(diào)節(jié)器輸出曲線。例如穩(wěn)壓器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)需添加穩(wěn)壓器水位設(shè)定值、穩(wěn)壓器水位測(cè)量值、主調(diào)節(jié)器的輸出（副調(diào)節(jié)器設(shè)定值）、下泄流量（前饋信號(hào)）、上充流量（副調(diào)節(jié)器過程值）、副調(diào)節(jié)器輸出（閥位指令）六條曲線。PID參數(shù)整定培訓(xùn)總結(jié)2、調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置時(shí)需考慮哪些因素量綱對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置的影響因目前非安全級(jí)DCS系統(tǒng)未對(duì)被調(diào)量進(jìn)行歸一化處理，所以在預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)器參數(shù)時(shí)需考慮量綱的影響。例如GSS系統(tǒng)的疏水罐液位控制，其液位使用的量綱為mm，比例系數(shù)不能設(shè)置的太大，否則出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，會(huì)使的閥門忽開忽關(guān)；而除氧器的液位控制，其液位使用的量綱為m，比例系數(shù)不能設(shè)置的太小，否則出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，閥門響應(yīng)會(huì)很慢。控制對(duì)象特性對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置的影響我們預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)器參數(shù)時(shí)，需考慮被控對(duì)象自身的特性，例如RCV下泄壓力控制，下泄壓力對(duì)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作很敏感，所以在預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)器參數(shù)時(shí)，應(yīng)先把調(diào)節(jié)器的的比例積分作用由弱到強(qiáng)進(jìn)行設(shè)置，避免投自動(dòng)后下泄壓力的波動(dòng)；再如凝汽器水位控制，凝汽器液位對(duì)調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作很不敏感，那么我們預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)器參數(shù)時(shí)，積分作用就不能設(shè)置的太大，否則會(huì)出現(xiàn)閥門全開全關(guān)的現(xiàn)象。PID參數(shù)整定培訓(xùn)總結(jié)3、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定過程中需要注意哪些事項(xiàng)要熟悉調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工藝流程，明確被控對(duì)象的保護(hù)定值；與操作員保持良好的溝通；預(yù)設(shè)完調(diào)節(jié)器參數(shù)后，進(jìn)行擾動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，明確擾動(dòng)試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)，擾動(dòng)值應(yīng)由小到大設(shè)置，且往保護(hù)值相反的方向設(shè)置，避免因擾動(dòng)試驗(yàn)觸發(fā)保護(hù)，對(duì)工藝系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響。PID參數(shù)整定培訓(xùn)總結(jié)4、如何分析被調(diào)量震蕩的調(diào)節(jié)系統(tǒng)