PID參數(shù)調節(jié)原理和整定方法

1、PID參數(shù)調節(jié)原理和整定方法參數(shù)調節(jié)原理和整定方法總貌PID控制概述P比例調節(jié)I積分調節(jié)D微分調節(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反饋控制根據偏差進行的控制PID調節(jié)器閥門被控對象測量變送器設定值偏差P比例調節(jié)P：比例調節(jié)在在P調節(jié)中，調節(jié)器的輸出信號調節(jié)中，調節(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稱為比例增益）稱為比例增益）但在實

2、際控制中習慣用增益的倒數(shù)表示但在實際控制中習慣用增益的倒數(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的調節(jié)參數(shù)，以的調節(jié)參數(shù)，以CS3000為例，選用為例，選用 比例帶為調節(jié)參數(shù)，單位?？梢岳斫鉃椋罕壤龓檎{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% 就表示被調量需要變就表示被調量需要變化化50才能使調節(jié)閥從全關到全開。才能使調節(jié)閥從全關到全開。值越大，作用越弱，值越大，作用越弱，值越值越小，作用越強。小，作用越強。實質上是表示調節(jié)閥開度的百分比與被調量偏差變化的百實質上是表示調節(jié)閥開度的百分比與被

3、調量偏差變化的百分比的比值。？分比的比值。？ P比例調節(jié)（a） 越大越大調節(jié)閥的動作幅度小，變化調節(jié)閥的動作幅度小，變化平穩(wěn)，甚至無超調，但余差大，調節(jié)平穩(wěn)，甚至無超調，但余差大，調節(jié)時間長。時間長。（b） 減小減小調節(jié)閥動作幅度加大，被調調節(jié)閥動作幅度加大，被調量來回波動，余差減小。量來回波動，余差減小。（c） 進一步減小進一步減小被調量波動加劇被調量波動加?。╠） 為臨界為臨界被調量等幅振蕩波動被調量等幅振蕩波動（e） 小于臨界小于臨界被調量法散振蕩被調量法散振蕩P比例調節(jié)P比例調節(jié)特點比例調節(jié)特點l比例調節(jié)反應速度快，輸出與輸入同步，沒有時間滯比例調節(jié)反應速度快，輸出與輸入同步，沒有時間

4、滯后，其動態(tài)特性好。后，其動態(tài)特性好。l比例調節(jié)的結果不能使被調參數(shù)完全回到給定值，而比例調節(jié)的結果不能使被調參數(shù)完全回到給定值，而產生余差。產生余差。P的一般選取范圍的一般選取范圍l壓力調節(jié)：壓力調節(jié)： 3070%l流量調節(jié)：流量調節(jié)： 60300%l液位調節(jié)：液位調節(jié)： 40100%l溫度調節(jié)：溫度調節(jié)： 4080%I積分調節(jié)I：積分調節(jié)l一般用于控制系統(tǒng)的準確性，消除余差。一般用于控制系統(tǒng)的準確性，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，表示積分調節(jié)作用越強；積分常數(shù)就表示了積分作用的調節(jié)作用越強；積分常數(shù)就表示了積分作用的大小。大小。l積分常

5、數(shù)積分常數(shù)的的倒數(shù)倒數(shù)叫叫積分時間積分時間，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的調節(jié)參數(shù)，以的調節(jié)參數(shù)，以CS3000為例，選用積分時間為調節(jié)參數(shù)，單位：為例，選用積分時間為調節(jié)參數(shù)，單位：s?？梢岳斫鉃椋褐??？梢岳斫鉃椋褐翟酱?，作用越弱。一般不單獨使用純積分調節(jié)器越大，作用越弱。一般不單獨使用純積分調節(jié)器I積分調節(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，它就要動作到把被調量的靜差完全消除為止，就要動作到把被調量的靜差完全消除為止，積分調節(jié)的特性就是無差調節(jié)。積分調節(jié)的特性就是無差調節(jié)。積分速度大，調節(jié)閥的速度加快，但系

6、統(tǒng)積分速度大，調節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，當積分速度大到超過某一的穩(wěn)定性降低，當積分速度大到超過某一臨界值時，整個系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定。臨界值時，整個系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定。I積分調節(jié)積分速度對調節(jié)過程的影響增大積分速度增大積分速度調節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)穩(wěn)定性降低調節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)穩(wěn)定性降低當積分速度達到并超過臨界值時，整個當積分速度達到并超過臨界值時，整個系統(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節(jié)閥的速度減慢，系統(tǒng)穩(wěn)定性增加，調節(jié)閥的速度減慢，系統(tǒng)穩(wěn)定性增加，但調節(jié)速度變慢但調節(jié)速度變慢無論增大還是減小積分速度，被調量最無論增大還是減小積分速

7、度，被調量最后都沒有余差。后都沒有余差。I積分調節(jié)比例調節(jié)和積分調節(jié)的比較：比例調節(jié)和積分調節(jié)的比較： 積分調節(jié)可以消除靜差。但對比例調節(jié)來說，當被調積分調節(jié)可以消除靜差。但對比例調節(jié)來說，當被調參數(shù)突然出現(xiàn)較大的偏差時，調節(jié)器能立即按比例地把調參數(shù)突然出現(xiàn)較大的偏差時，調節(jié)器能立即按比例地把調節(jié)閥的開度開得很大，但積分調節(jié)器就做不到這一點，它節(jié)閥的開度開得很大，但積分調節(jié)器就做不到這一點，它需要一定的時間才能將調節(jié)閥的開度開大或減小，因此，需要一定的時間才能將調節(jié)閥的開度開大或減小，因此，積分調節(jié)會使調節(jié)過程非常緩慢?？傊?，比例調節(jié)能及時積分調節(jié)會使調節(jié)過程非常緩慢。總之，比例調節(jié)能及時進行

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

9、靜差。PI調節(jié)就是綜合調節(jié)就是綜合P、I兩種調節(jié)的優(yōu)點，兩種調節(jié)的優(yōu)點，利用利用P調節(jié)快速抵消干擾的影響，同時利調節(jié)快速抵消干擾的影響，同時利用用I調節(jié)消除殘差。一般在調節(jié)消除殘差。一般在P調節(jié)的基礎上調節(jié)的基礎上增加增加I調節(jié)需適當減少比例作用，增大比調節(jié)需適當減少比例作用，增大比例度例度D微分調節(jié)D：微分調節(jié)l微分調節(jié)一般只與偏差的變化成比例，微分調節(jié)一般只與偏差的變化成比例，偏差變化偏差變化越劇越劇烈，調節(jié)輸出作用越強。從而及時抑制偏差增長，提烈，調節(jié)輸出作用越強。從而及時抑制偏差增長，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。高系統(tǒng)穩(wěn)定性。l微分調節(jié)主要用于調節(jié)對象有大的傳遞滯后和容量滯微分調節(jié)主要用于調節(jié)對象

10、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微分一般用微分時間表示，單位微分一般用微分時間表示，單位S，用，用TD表示。在實表示。在實際使用過程中，值越大作用越強。際使用過程中，值越大作用越強。要注意，微分調節(jié)器不能單獨作用，必須配合使用，并且微分要注意，微分調節(jié)器不能單獨作用，必須配合使用，并且微分調節(jié)無法消除余差，只對調節(jié)無法消除余差，只對偏差變化速度偏差變化速度有反應，與有反應，與偏差大小無偏差大小無關關。純P作用下的階躍響應純純P調節(jié)為有差調節(jié)調節(jié)為有差調節(jié)比例作用越強，穩(wěn)態(tài)誤差越小，響應快，但超調大比例作用越強，穩(wěn)態(tài)誤差越小，響應快，但超調大PI作

11、用下的階躍響應引入積分，消除了余差引入積分，消除了余差積分作用越強，響應速度越快，超調大，振蕩加劇積分作用越強，響應速度越快，超調大，振蕩加劇PI作用下的階躍響應在同樣積分作用下，減小比例作用，可增加系統(tǒng)穩(wěn)定。PD作用下的階躍響應引入微分項，提高了響應速度，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，引入微分項，提高了響應速度，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作用下的階躍響應相同比例作用情況下，微分作用越強，響應速度越快，系統(tǒng)越穩(wěn)定PID作用下的階躍響應PD的基礎上引入積分項，就能達到理想的性能指標，針對不的基礎上引入積分項，就能達到理想的性能指標，針對不同的調節(jié)回路，需要的指標不一樣，因

12、此引入的調節(jié)參數(shù)同的調節(jié)回路，需要的指標不一樣，因此引入的調節(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驗法實際生產過程中，不可能讓生產工藝產生較大波動，以上方法不通用也不實際，故本文主要對經驗法詳細介紹PID參數(shù)的工程整定法經驗法即先確定一個調節(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，根據控制過程曲線，經反復湊試直到控制系統(tǒng)符合動態(tài)過程品質要求為止，這時的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波峰和第二個波峰的峰值比，即B:B,一般為410最好

13、.余差l過渡過程終了時，被控變量的穩(wěn)態(tài)值與設定值之間的差,即C，要盡量為0過渡時間l控制系統(tǒng)受到擾動后，重新回到新的穩(wěn)態(tài)的最短時間。越短越好。過渡時間位號位號注釋位號標志功能塊模式報警狀態(tài)測量值設定值輸出值輸出指針工程單位設定值指針測量值棒狀圖測量值上限測量值下限報警設置CS3000 儀表面板CS3000 儀表面板輸出值指針設定值指針功能塊模式報警狀態(tài)位號位號注釋位號標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 調整窗口比例帶表；值越大，作用越小，范圍0-1000 %積分時間；值越大，作用越小，范圍0.1-10000s 微分時間；值越大，作用

14、越大，范圍0-10000s要進行PID參數(shù)調節(jié)，首先必須要有權限。顯示“=”表示可以進行參數(shù)修改，顯示“：”表示不能對參數(shù)進行修改。默認值班長有權限修改。進行PID參數(shù)調節(jié)時，建議按下保留按鈕，以方便在切換畫面后觀察保留的趨勢，PID參數(shù)調整完后必須取消。實時曲線觀察窗口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，保證設定值(SV)與測量值（PV）保持一致或相當。lPID控制只有在控制回路處于AUT狀態(tài)，也就是負反饋回路時才有用。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，在有靜差的情況下有利于減小靜差，

15、但是過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有比較大的超調，并產生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。增大積分時間I有利于減小超調，減小振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，但是系統(tǒng)靜差消除時間變長。增大微分時間D有利于加快系統(tǒng)的響應速度，使系統(tǒng)超調量減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對擾動的抑制能力減弱。在湊試時，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)調整實行先比例、后積分，再微分的整定步驟。CS3000系統(tǒng)PID參數(shù)整定方法串級回路PID參數(shù)調整l因為串級調節(jié)系統(tǒng)一般應用于容量滯后較大的場合，必須加微分，所以主調一般取PID，而副調一般取P就可以了。但是副參數(shù)是流量，壓力時，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

16、時間常數(shù)太小，導致副調節(jié)器的P不能太小，調節(jié)作用弱，加上積分是為了使副參數(shù)偏離給定值太遠。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 切換要進行PID參數(shù)調節(jié)，首先必須要有權限，默認情況下值班長有權限修改。P：比例帶；值越大，作用越弱。單位：%I：積分時間；值越大，作用越弱，單位：分鐘（m）D：微分時間；值越大，作用越強，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)整定方法完全可應用前面介紹的方法，進行經驗整定。實時趨勢圖總結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)