PID參數的工程整定方法課件

PID參數的工程整定方法

PID參數的工程整定方法1基本控制規(guī)律及其作用效果實際應用的控制規(guī)律PID參數的工程整定方法復雜調節(jié)系統(tǒng)的參數整定基本控制規(guī)律及其作用效果實際應用的控制規(guī)律PID參數的2

第一節(jié)

基本控制規(guī)律及其作用效果

位式調節(jié)比例調節(jié)積分調節(jié)微分調節(jié)

第一節(jié)

基本控制規(guī)律及其作用效果

位式調節(jié)3PID參數的工程整定方法課件4在工業(yè)生產過程控制中，常用的基本調節(jié)規(guī)律大致可分為：1-1、位式調節(jié)也就是常說的開/關式調節(jié)，它的動作規(guī)律是當被調參數偏離給定值時，調節(jié)器的輸出不是最大就是最小，從而使執(zhí)行器全開或全關。在實際應用中，常用于機組油箱恒溫控制、水塔以及一些儲罐的液位控制等。在工業(yè)生產過程控制中，常用的基本調節(jié)5

在實施時，只要選用帶上、下限接點的檢測儀表、位式調節(jié)器或PLC、再配一些繼電器、電磁閥、執(zhí)行器、磁力起動器等即可構成位式控制系統(tǒng)。如圖1所示。

在實施時，只要選用帶上、下限接6圖1位式控制系統(tǒng)實例圖1位式控制系統(tǒng)實例7因此，位式控制的過渡過程必然是一個持續(xù)振蕩的過程。如圖2所示。圖2位式控制的過渡過程

因此，位式控制的過渡過程必然是一個持續(xù)振蕩的8

1-2、比例調節(jié)

1-2、比例調節(jié)9PID參數的工程整定方法課件10比例調節(jié)依據“偏差的大小”來動作。它的輸出與輸入偏差的大小成比例，調節(jié)及時，有力，但是有余差。用比例度δ來表示其作用的強弱，其單位用%表示。例如比例度60%，即表示當偏差為量程的60%時，輸出變化值為量程的100%。δ越小，調節(jié)作用越強，調節(jié)作用太強時，會引起振蕩。比例調節(jié)作用適用于負荷變化小，對象純滯后不大，時間常數較大而又比例調節(jié)依據“偏差的大小”來動作。它的輸11允許有余差的控制系統(tǒng)中，常用于塔和儲罐的液位控制以及一些要求不高的壓力控制中。使用時應注意，當負荷變化幅度較大時，為了平衡負荷變化所需的調節(jié)閥開度變化也將較大，待穩(wěn)定后，被調參數的余差就可能較大。比例控制規(guī)律的動態(tài)方程為：y（t）=Kp

e（t）=1δe（t）允許有余差的控制系統(tǒng)中，常用于塔和儲罐的液位控制以及一12

其中：y（t）——輸出變化量。e（t）——輸入變化量。Kp——比例增益。δ——比例度，它是Kp的倒數。1-3、積分調節(jié)它依據“偏差是否存在”來動作。它的輸出與偏差對時間的積分成比例，只有當余差完全消失，積分作用才停止。其實質就是消除余差。但積分作用使最大動偏差增大，延長了調其中：y（t）——輸出變化量。13PID參數的工程整定方法課件14PID參數的工程整定方法課件15其中：TI——積分時間。1-4、微分調節(jié)它依據“偏差變化速度”來動作。它的輸出與輸入偏差變化的速度成比例，其實質和效果是阻止被調參數的一切變化，節(jié)時間。用積分時間Ti表示其作用的強弱，單位用分（或秒）表示。Ti越小，積分作用越強，積分作用太強時，也會引起振蕩。積分控制規(guī)律的動態(tài)方程為：其中：TI——積分時間。16其中：TD——

微分時間。

有超前調節(jié)的作用。對滯后較大的對象有很好的效果。使調節(jié)過程動偏差減少，余差也減少（但不能消）。用微分時間Td表示作用的強弱，單位用分（或秒）表示。Td大，作用強，Td太大，會引起振蕩。微分控制規(guī)律的動態(tài)方程為：

其中：TD——微分時間。有超前調節(jié)的作用。17第二節(jié)實際應用的控制規(guī)律

P比例作用PI比例、積分作用PD比例、微分作用PID比例、積分、微分作用第二節(jié)實際應用的控制規(guī)律P比例作用18由于位式調節(jié)及易引起振蕩，所以除特定場合外，一般應用較少，使用較多的是比例、積分、微分調節(jié)作用。但實際上單純使用比例、積分、微分作用的場合也較少，最多使用的是三種調節(jié)規(guī)律的組合。組合后的調節(jié)規(guī)律由圖3所示，PID三作用調節(jié)質量最好、PI次之，積分最差因此很少單用。其中：PI作用的傳遞函數為：由于位式調節(jié)及易引起振蕩，所以除特定19

注意：KpTd即為微分控制規(guī)律的動態(tài)方程中TD。

注意：δTi即為積分控制規(guī)律的動態(tài)方程中TI。PD作用的傳遞函數為：

PID作用的傳遞函數為：

注意：KpTd即為微分控制規(guī)律的動態(tài)方程中20圖3各種調節(jié)規(guī)律比較1—比例微分作用；2—比例積分微分作用；3—比例作用；4—比例積分作用；5—積分作用；圖3各種調節(jié)規(guī)律比較21第三節(jié)PID參數的工程整定方法

臨界比例度法衰減曲線法經驗試湊法反應曲線法第三節(jié)PID參數的工程整定方法臨界比例度法22調節(jié)器參數的整定，是自動調節(jié)系統(tǒng)中相當重要的一個問題。在調節(jié)方案已經確定，儀表及調節(jié)閥等已經選定并已裝好之后，調節(jié)對象的特性也就確定了，調節(jié)系統(tǒng)的品質就主要決定于調節(jié)器參數的整定。因此，調節(jié)器參數整定的任務，就是對已選定的調節(jié)系統(tǒng)，求得最好的調節(jié)質量時調節(jié)器的參數值，即所謂求取調節(jié)器的最佳值，具體講就調節(jié)器參數的整定，是自動調節(jié)系統(tǒng)中相23是確定最合適的比例度、積分時間和微分時間。把參數整定工作放在怎樣的位置，存在兩種片面的看法：一種看法是過分強調了參數整定的作用，把調節(jié)器參數整定看作自動化理論的核心，這當然是錯誤的。因為調節(jié)器參數只能在一定范圍內起作用，如果方案不合理，工況改變、或屬于儀表和調節(jié)閥故障，則不論怎樣去調整比例度，積分時間和微分時間，仍然達不到預定的調節(jié)質量要求。是確定最合適的比例度、積分時間和微分時間。24PID參數的工程整定方法課件25PID參數的工程整定方法課件26另一種看法是過分地貶低參數整定的作用，我們會遇到三類不同的系統(tǒng)情況。第一類是較容易調節(jié)的系統(tǒng)：比例度、積分時間和微分時間可以放在很寬的范圍，調節(jié)質量都能滿足。第二類是方案選擇不當的系統(tǒng)，不論怎樣去整定參數，系統(tǒng)仍不能良好的運行。如果只看到以上兩種情況，是會產生不必重視調節(jié)器參數整定的錯覺。實際上有相當多數量的系統(tǒng)介于這兩種極端情況之間，這可以說是第三類的系統(tǒng)，它們在整定參數選擇得當的時候，可以運行得很好，另一種看法是過分地貶低參數整定的作用，27反之，在整定參數不合適時，調節(jié)質量就達不到要求。我們不要將它們與第二類系統(tǒng)混同起來，錯當成不能投入自動的系統(tǒng)。另外，對第一類系統(tǒng)來說也有使調節(jié)質量進一步完善的要求。因此，我們應當重視調節(jié)器參數整定的工作，而不要片面地看問題。參數整定的方法很多，我們只介紹幾種工程上最常用的方法。反之，在整定參數不合適時，調節(jié)質量就達不到要求。我們不281、臨界比例度法這是目前使用較廣的一種方法，具體作法如下：先在純比例作用下（把積分時間放到最大，微分時間放到零），在閉合的調節(jié)系統(tǒng)中，從大到小地逐漸地改變調節(jié)器的比例度，就會得到一個臨界振蕩過程，如圖4所示。這時的比例度叫臨界比例度δk，周期為臨界振蕩周期Tk。記下δk和Tk，然后按表1的經驗公式來確定調節(jié)器的各參數值。1、臨界比例度法29圖4臨界振蕩示意圖δk圖4臨界振蕩示意圖δk30表1臨界比例度法數據表調節(jié)作用比例度δ（%）積分時間Ti（分）微分時間Td（分）比例2δk

比例積分2.2δk0.85Tk

比例微分1.8δk

0.1Tk比例積分微分1.7δk0.5Tk0.125Tk

這種方法在下面兩種情況下不宜采用：

1）、求取的臨界比例度過小，因為這時候調節(jié)閥很容易處于全開及全關位置，表1臨界比例度法數據表調節(jié)作用比例2δk

比例積分2.231對于工藝生產不利。

2）、工藝上約束條件較嚴格時，因為這時候如達到等幅振蕩，將影響生產的安全運行。

2、衰減曲線法臨界比例度法是要系統(tǒng)等幅振蕩，還要多次試湊，而用衰減曲線法較簡單，一般又有兩種方法。對于工藝生產不利。

2）、工藝上約束條件較嚴321）、4：1衰減曲線法

使系統(tǒng)處于純比例作用下，在達到穩(wěn)定時，用改變給定值的辦法加入階躍干擾，觀察記錄曲線的衰減比，然后逐漸從大到小改變比例度，使出現(xiàn)4：1的衰減比為止，如圖5所示。記下此時的比例度δs、Ts。再按表2的經驗公式來確定PID數值。

1）、4：1衰減曲線法

使系統(tǒng)處于純比例作用33圖54：1衰減調節(jié)過程曲線δs圖54：1衰減調節(jié)過程曲線δs34表24：1衰減曲線法數據表調節(jié)作用比例度δ（%）積分時間Ti（分）微分時間Td（分）比例δs

比例積分1.2δs0.5Ts

比例積分微分0.8δs0.3Ts0.1Ts表24：1衰減曲線法數據表調節(jié)作用比例δs

比例積分352）、10：1衰減曲線法

有的過程，4：1衰減仍嫌振蕩過強，可采用10：1衰減曲線法。方法同上，得到10：1衰減曲線，記下此時的比例度δ｀s和上升時間T｀s，再按表3的經驗公式來確定PID的數值。衰減曲線如圖6所示。2）、10：1衰減曲線法

有的過程，36圖610：1衰減曲線示意圖圖610：1衰減曲線示意圖37采用衰減曲線法必須注意幾點：（1）、加給定干擾不能太大，要根據生產操作要求來定，一般在5%左右，也有例外的情況。表310：1衰減曲線法數據表調節(jié)作用比例度δ（%）積分時間Ti（分）微分時間Td（分）比例δ＇s

比例積分1.2δ＇s２Ｔ＇Ｓ

比例積分微分0.8δ＇s１.２Ｔ＇ｓ０.４Ｔ＇ｓ采用衰減曲線法必須注意幾點：表338（2）、必須在工藝參數穩(wěn)定的情況下才能加給定干擾，否則得不到正確得

δs、Ts。（3）、對于反應快的系統(tǒng)，如流量、管道壓力和小容量的液位調節(jié)等，要在記錄上嚴格得到4：1衰減曲線較困難，一般以被調參數來回波動兩次達到穩(wěn)定，就近似地認為達到4：1衰減過程了。（2）、必須在工藝參數穩(wěn)定的情況下才能加給定干擾，否則得39下面舉一個現(xiàn)場整定的例子。在某塔頂溫度調節(jié)系統(tǒng)中，被調參數是塔頂溫度，調節(jié)參數是回流量。在整定過程中，考慮到對象滯后較大，反應較慢的情況，δ的選擇從50%開始湊試起，此時在階躍作用下（給定值降低2%）的過渡過程曲線見圖7-（a）。此時調節(jié)時間長，不起振蕩，于是將比例度減少，δ=30%、20%、及10%時的曲線見（b）、（c）、（d）。顯然，20%的情況最好，衰減比接近4：1，Ts=10分。

下面舉一個現(xiàn)場整定的例子。在某塔頂溫度調節(jié)系統(tǒng)中40（a）

（a）41（b）

（b）42（c）

（c）43(d)

(d)44(e)圖7用衰減曲線法現(xiàn)場整定(e)圖7用衰減曲線法現(xiàn)場整定45按4：1衰減曲線法數據表定出整定參數：δ=0.8·δs=16%Ti=0.3·Ts=3分；Td=0.1·Ts=1分。投運時，先將δ放在較大的數值，把Ti從大減少到3分，把Td從小到大逐步放大到1分，然后把δ拉到16%，（如果在δ=16%的條件下很快地把Td放到1分，調節(jié)器的輸出會劇烈變化）。再對系統(tǒng)加2%的給定值變化時，仍產生4：1衰減過程，見圖（e）所示，調節(jié)質量顯著改善。按4：1衰減曲線法數據表定出整定參數：δ=0.8463、經驗試湊法這是在生產實踐中所總結出來的方法，目前應用最為廣泛，其步驟簡述如下：1）、根據不同調節(jié)系統(tǒng)的特點，先把P、I、D各參數放在基本合適的數值上。這些數值是由大量實踐經驗總結得來的（按4：1衰減），其范圍大致如表4所示。但也有特殊情況超出表列的范圍，例如有的溫度調節(jié)系統(tǒng)積分時間長達15分鐘以上，有的流量系統(tǒng)的比例度可到200%左右等等。3、經驗試湊法47表4各調節(jié)系統(tǒng)PID參數經驗數據表調節(jié)系統(tǒng)比例度δ（%）積分時間Ti（分）微分時間Td（分）說明流量40-1000.1-1

對象時間常數小，并有雜散擾動，δ應大，Ti較短，不必用微分。壓力30-700.4-3

對象滯后一般不大，δ略小，Ti略大，不用微分。液位20-801-5

δ小，Ti較大，要求不高時可不用積分，不用微分。溫度20-603-100.5-3對象容量滯后較大。δ小，Ti大，加微分作用。表4各調節(jié)系統(tǒng)PID參數經驗數據表流量40-1000.1-48參數整定找最佳，從大到小順次查，先是比例后積分，最后才把微分加；曲線振蕩很頻繁，比例度值要放大，曲線漂浮繞大彎，比例度值應減?。籟1]

2）、看曲線，調參數。根據操作經驗，看曲線的形狀，直接在閉合的調節(jié)系統(tǒng)中逐步反復試湊，一直得到滿意數據。

在實踐中，人們把具體整定的方法總結了幾段順口溜。

參數整定找最佳，從大到小順次查，先是比例后積分，最后才把微分49曲線偏離回復慢，積分時間往下降，曲線振蕩周期長，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，微分時間應加長；理想曲線兩個波，前高后低四比一，一看二調多分析，調節(jié)質量不會低。曲線偏離回復慢，積分時間往下降，曲線振蕩周期長，積分時間再加50第一段講的是整定順序，δ和Ti都是從大到小逐步加上去，微分是最后才考慮的。第二段講的是比例度如何整定。第三段講的是積分時間如何整定。第四段講的是微分時間如何整定。第五段講的是標準。上面這種方法步驟是先加δ，再加Ti，最后才加Td。應用中較穩(wěn)妥。第一段講的是整定順序，δ和Ti都是從大到小逐步加51另一種方法是先從表中所列范圍內取Ti的某個數值，如果需要微分，則取Td=（1/3~1/4）Ti，然后對δ進行試湊，也能較快地達到要求。實踐證明，在一定范圍內適當地組合δ和Ti的數值，可以得到同樣衰減比的曲線，就是說，δ的減少，可以用增加Ti的辦法來補償，而基本上不影響調節(jié)過程的質量。另外，將所在裝置控制系統(tǒng)的PID參數記錄下來，是一個很好的做法。另一種方法是先從表中所列范圍內取Ti的523）、在不熟悉的生產過程中，應先進行手動調節(jié)。進入自動調節(jié)時，應確定比例度、積分時間、微分時間。當調節(jié)輸出變化一點點而影響測量值有較大變化的這種場合，為考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應加大比例度，反之，則減小比例度。當調節(jié)器的輸出變化時，在生產過程中希望測量值跟蹤時間較短，則應該縮短積分時間，回復時間長的生產過程則應該有較長的微分時間。3）、在不熟悉的生產過程中，應先進行53（1）、比例、積分調節(jié)a）、積分時間置于最大b）、微分時間切除c）、按下述方法尋求比例度的最佳值。把比例度從較大數值逐漸往下降（例如100%→50%→20%）這時仔細觀察各個比例度情況下的調節(jié)過程，直至開始產生周期性振蕩。（測量值以給定值為中心作有規(guī)則得振蕩），在產生周期性振蕩得情況下，把此比例度逐漸加寬直至系統(tǒng)充分穩(wěn)定。（1）、比例、積分調節(jié)54d）、接下去把積分時間逐漸縮短，一般減少積分時間即縮短了測量值跟蹤給定值的時間，但是由于過程有延遲，積分時間縮短時，仍會產生振蕩，此時，表示積分時間過短，應把積分時間稍加延長，直至振蕩停止。（2）、比例、積分、微分調節(jié)a）、積分時間置于最大b）、微分時間置于最小

d）、接下去把積分時間逐漸縮短，55

c）、和前面的比例、積分調節(jié)作用一樣改變比例度，求起振點。d）、加大微分時間使振蕩停止，接著把比例度調得稍小一些，使振蕩又產生，加大微分時間，使振蕩再停止，來回這樣操作，直至雖加大微分時間，但不能使振蕩停止，以求得微分時間的最佳值，此時把比例度調得稍大一些直至振蕩停止。e）、把積分時間調成和微分時間相同的數值一般情況下是沒有什么問題的，如果又產生振蕩則加大積分時間直至振蕩停止。c）、和前面的比例、積分調節(jié)作56以上方法依據經驗試湊法，實際應用過程中根據需要和習慣選用某一種。4、反應曲線法反應曲線是表達對象特性的方法之一。反應曲線法，是需要預先測量反應曲線，通過對象動態(tài)特性數據定出整定參數的方法。而在某些工藝對象上的約束條件比較嚴，測試有困難；而在另一些對象上，干擾因素較多，且較頻繁，測試就不易準確，因此應用場合受到限制。一般現(xiàn)場應用較少，這里就不再多講。以上方法依據經驗試湊法，實際應用過程中57

5、幾種曲線的區(qū)別與判斷在實際的參數整定過程中，不論采取什么樣的整定方法，理想曲線與實際曲線都存在著差別，下面介紹幾種經實踐總結出來的曲線與判斷結果，供整定中參考。5、幾種曲線的區(qū)別與判斷58a、

積分時間過小，振蕩周期長，輸出變化到指示變化時間長。b、

比例度過小，振蕩周期短，輸出變化到指示變化時間短。c、

微分時間過長，振蕩周期最短，輸出變化到指示變化時最短。1）、a、積分時間過小，59a、比例度過大，曲線漂浮繞大彎。b、積分時間過長，曲線偏離回復慢。2）、a、比例度過大，曲線漂浮繞大彎60第四節(jié)復雜調節(jié)系統(tǒng)的參數整定

以串級調節(jié)系統(tǒng)為例來說明復雜調節(jié)系統(tǒng)的參數整定方法。見圖8所示。由于串級調節(jié)系統(tǒng)中，有主、副兩組參數，各通道及回路間存在著相互聯(lián)系和影響。改變主、副回路的任一參數，對整個系統(tǒng)都有影響。特別是主、副對象時間常數相差不大時，動態(tài)聯(lián)系密切，整定參數的工作尤其困難。在整定參數前，先要明確串級調節(jié)第四節(jié)復雜調節(jié)系統(tǒng)的參數整定

61圖8串級控制系統(tǒng)方塊圖

圖8串級控制系統(tǒng)方塊圖62系統(tǒng)的設計目的。如果主要是保證主參數的調節(jié)質量，對副參數要求不高，則整定工作就比較容易；如果主、副參數都要求高，整定工作就比較復雜。下面介紹“先副后主”兩步參數整定法。第一步：在工況穩(wěn)定情況下，將主回路閉合，把主調節(jié)器比例度放在100%，積分時間放在最大，微分時間放在零。用4：1衰減曲線整定副回路，求出副回路得比例度δ2s和振蕩周期T2s。系統(tǒng)的設計目的。如果主要是保證主參數的調節(jié)質量，對副參數63第二步：把副回路看成是主回路的一個環(huán)節(jié)，使用4：1衰減曲線法整定主回路，求得主調節(jié)器δ1s和T1s。根據δ1s、δ2s、T1s、T2s按表2經驗公式算出串級調節(jié)系統(tǒng)主、副回路參數。先放上副回路參數，再放上主回路參數，如果得到滿意的過渡過程，則整定工作完畢。否則可進行適當調整。如果主、副對象時間常數相差不大，按4：1衰減曲線法整定，可能出現(xiàn)“共振”危險，這時，可適當減小副回路比例度或積分時間，以達到減少副回路振蕩周期的第二步：把副回路看成是主回路的一個環(huán)64目的。同理，加大主回路比例度或積分時間，增大主回路振蕩周期，使主、副回路振蕩周期之比加大，避免“共振”。這樣做的結果會降低調節(jié)質量。如果主、副對象特性太相近，則說明確定的方案欠妥當，就不能完全依靠參數整定來提高調節(jié)質量了。目的。同理，加大主回路比例度或積分時間，增大主回路振蕩651、附錄：各廠家DCS系統(tǒng)PID相關數據統(tǒng)計

比例作用積分時間微分時間HONEYWELLK：增益0.0-240T1：0-1440分T2：0-1440分DELTAVGAIN：增益RESET：分RATE：分FOXBOROPBAND：比例度INT：分DERIN：分YOKOGAWAP：比例度0.0-1000%I：0.1-10000秒D：0.1-10000秒

1、附錄：

比例作用積分時間微分時間HONEYWELLK：66相關的名詞解釋對象：指被控制的工藝設備、機器等。衰減比：指系統(tǒng)受到干擾后被調參數衰減程度的指標，它是前后兩個相鄰峰值之比，即B1：B2。余差：指系統(tǒng)受到干擾后過渡過程終了時被調參數的新穩(wěn)態(tài)值與給定值之差，圖中用“C”表示，有正負之分，余差存在與否視工藝要求而定。最大偏差：指被調參數在過渡過程中偏離給定值的最大幅度，圖中用“A”表示。過渡時間：指從干擾發(fā)生起至被調參數進入新的穩(wěn)態(tài)值的±5%或零這一范圍之內所經歷的時間，圖中用“t”表示。振蕩周期：過渡過程從一個波峰到第二個同向的波峰之間的時間，圖中用“T”表示。相關的名詞解釋對象：指被控制的工藝設備、機器等。67PID參數的工程整定方法課件68PID參數的工程整定方法課件69PID參數的工程整定方法課件70PID參數的工程整定方法課件71演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！72PID參數的工程整定方法

PID參數的工程整定方法73基本控制規(guī)律及其作用效果實際應用的控制規(guī)律PID參數的工程整定方法復雜調節(jié)系統(tǒng)的參數整定基本控制規(guī)律及其作用效果實際應用的控制規(guī)律PID參數的74

第一節(jié)

基本控制規(guī)律及其作用效果

位式調節(jié)比例調節(jié)積分調節(jié)微分調節(jié)

第一節(jié)

基本控制規(guī)律及其作用效果

位式調節(jié)75PID參數的工程整定方法課件76在工業(yè)生產過程控制中，常用的基本調節(jié)規(guī)律大致可分為：1-1、位式調節(jié)也就是常說的開/關式調節(jié)，它的動作規(guī)律是當被調參數偏離給定值時，調節(jié)器的輸出不是最大就是最小，從而使執(zhí)行器全開或全關。在實際應用中，常用于機組油箱恒溫控制、水塔以及一些儲罐的液位控制等。在工業(yè)生產過程控制中，常用的基本調節(jié)77

在實施時，只要選用帶上、下限接點的檢測儀表、位式調節(jié)器或PLC、再配一些繼電器、電磁閥、執(zhí)行器、磁力起動器等即可構成位式控制系統(tǒng)。如圖1所示。

在實施時，只要選用帶上、下限接78圖1位式控制系統(tǒng)實例圖1位式控制系統(tǒng)實例79因此，位式控制的過渡過程必然是一個持續(xù)振蕩的過程。如圖2所示。圖2位式控制的過渡過程

因此，位式控制的過渡過程必然是一個持續(xù)振蕩的80

1-2、比例調節(jié)

1-2、比例調節(jié)81PID參數的工程整定方法課件82比例調節(jié)依據“偏差的大小”來動作。它的輸出與輸入偏差的大小成比例，調節(jié)及時，有力，但是有余差。用比例度δ來表示其作用的強弱，其單位用%表示。例如比例度60%，即表示當偏差為量程的60%時，輸出變化值為量程的100%。δ越小，調節(jié)作用越強，調節(jié)作用太強時，會引起振蕩。比例調節(jié)作用適用于負荷變化小，對象純滯后不大，時間常數較大而又比例調節(jié)依據“偏差的大小”來動作。它的輸83允許有余差的控制系統(tǒng)中，常用于塔和儲罐的液位控制以及一些要求不高的壓力控制中。使用時應注意，當負荷變化幅度較大時，為了平衡負荷變化所需的調節(jié)閥開度變化也將較大，待穩(wěn)定后，被調參數的余差就可能較大。比例控制規(guī)律的動態(tài)方程為：y（t）=Kp

e（t）=1δe（t）允許有余差的控制系統(tǒng)中，常用于塔和儲罐的液位控制以及一84

其中：y（t）——輸出變化量。e（t）——輸入變化量。Kp——比例增益。δ——比例度，它是Kp的倒數。1-3、積分調節(jié)它依據“偏差是否存在”來動作。它的輸出與偏差對時間的積分成比例，只有當余差完全消失，積分作用才停止。其實質就是消除余差。但積分作用使最大動偏差增大，延長了調其中：y（t）——輸出變化量。85PID參數的工程整定方法課件86PID參數的工程整定方法課件87其中：TI——積分時間。1-4、微分調節(jié)它依據“偏差變化速度”來動作。它的輸出與輸入偏差變化的速度成比例，其實質和效果是阻止被調參數的一切變化，節(jié)時間。用積分時間Ti表示其作用的強弱，單位用分（或秒）表示。Ti越小，積分作用越強，積分作用太強時，也會引起振蕩。積分控制規(guī)律的動態(tài)方程為：其中：TI——積分時間。88其中：TD——

微分時間。

有超前調節(jié)的作用。對滯后較大的對象有很好的效果。使調節(jié)過程動偏差減少，余差也減少（但不能消）。用微分時間Td表示作用的強弱，單位用分（或秒）表示。Td大，作用強，Td太大，會引起振蕩。微分控制規(guī)律的動態(tài)方程為：

其中：TD——微分時間。有超前調節(jié)的作用。89第二節(jié)實際應用的控制規(guī)律

P比例作用PI比例、積分作用PD比例、微分作用PID比例、積分、微分作用第二節(jié)實際應用的控制規(guī)律P比例作用90由于位式調節(jié)及易引起振蕩，所以除特定場合外，一般應用較少，使用較多的是比例、積分、微分調節(jié)作用。但實際上單純使用比例、積分、微分作用的場合也較少，最多使用的是三種調節(jié)規(guī)律的組合。組合后的調節(jié)規(guī)律由圖3所示，PID三作用調節(jié)質量最好、PI次之，積分最差因此很少單用。其中：PI作用的傳遞函數為：由于位式調節(jié)及易引起振蕩，所以除特定91

注意：KpTd即為微分控制規(guī)律的動態(tài)方程中TD。

注意：δTi即為積分控制規(guī)律的動態(tài)方程中TI。PD作用的傳遞函數為：

PID作用的傳遞函數為：

注意：KpTd即為微分控制規(guī)律的動態(tài)方程中92圖3各種調節(jié)規(guī)律比較1—比例微分作用；2—比例積分微分作用；3—比例作用；4—比例積分作用；5—積分作用；圖3各種調節(jié)規(guī)律比較93第三節(jié)PID參數的工程整定方法

臨界比例度法衰減曲線法經驗試湊法反應曲線法第三節(jié)PID參數的工程整定方法臨界比例度法94調節(jié)器參數的整定，是自動調節(jié)系統(tǒng)中相當重要的一個問題。在調節(jié)方案已經確定，儀表及調節(jié)閥等已經選定并已裝好之后，調節(jié)對象的特性也就確定了，調節(jié)系統(tǒng)的品質就主要決定于調節(jié)器參數的整定。因此，調節(jié)器參數整定的任務，就是對已選定的調節(jié)系統(tǒng)，求得最好的調節(jié)質量時調節(jié)器的參數值，即所謂求取調節(jié)器的最佳值，具體講就調節(jié)器參數的整定，是自動調節(jié)系統(tǒng)中相95是確定最合適的比例度、積分時間和微分時間。把參數整定工作放在怎樣的位置，存在兩種片面的看法：一種看法是過分強調了參數整定的作用，把調節(jié)器參數整定看作自動化理論的核心，這當然是錯誤的。因為調節(jié)器參數只能在一定范圍內起作用，如果方案不合理，工況改變、或屬于儀表和調節(jié)閥故障，則不論怎樣去調整比例度，積分時間和微分時間，仍然達不到預定的調節(jié)質量要求。是確定最合適的比例度、積分時間和微分時間。96PID參數的工程整定方法課件97PID參數的工程整定方法課件98另一種看法是過分地貶低參數整定的作用，我們會遇到三類不同的系統(tǒng)情況。第一類是較容易調節(jié)的系統(tǒng)：比例度、積分時間和微分時間可以放在很寬的范圍，調節(jié)質量都能滿足。第二類是方案選擇不當的系統(tǒng)，不論怎樣去整定參數，系統(tǒng)仍不能良好的運行。如果只看到以上兩種情況，是會產生不必重視調節(jié)器參數整定的錯覺。實際上有相當多數量的系統(tǒng)介于這兩種極端情況之間，這可以說是第三類的系統(tǒng)，它們在整定參數選擇得當的時候，可以運行得很好，另一種看法是過分地貶低參數整定的作用，99反之，在整定參數不合適時，調節(jié)質量就達不到要求。我們不要將它們與第二類系統(tǒng)混同起來，錯當成不能投入自動的系統(tǒng)。另外，對第一類系統(tǒng)來說也有使調節(jié)質量進一步完善的要求。因此，我們應當重視調節(jié)器參數整定的工作，而不要片面地看問題。參數整定的方法很多，我們只介紹幾種工程上最常用的方法。反之，在整定參數不合適時，調節(jié)質量就達不到要求。我們不1001、臨界比例度法這是目前使用較廣的一種方法，具體作法如下：先在純比例作用下（把積分時間放到最大，微分時間放到零），在閉合的調節(jié)系統(tǒng)中，從大到小地逐漸地改變調節(jié)器的比例度，就會得到一個臨界振蕩過程，如圖4所示。這時的比例度叫臨界比例度δk，周期為臨界振蕩周期Tk。記下δk和Tk，然后按表1的經驗公式來確定調節(jié)器的各參數值。1、臨界比例度法101圖4臨界振蕩示意圖δk圖4臨界振蕩示意圖δk102表1臨界比例度法數據表調節(jié)作用比例度δ（%）積分時間Ti（分）微分時間Td（分）比例2δk

比例積分2.2δk0.85Tk

比例微分1.8δk

0.1Tk比例積分微分1.7δk0.5Tk0.125Tk

這種方法在下面兩種情況下不宜采用：

1）、求取的臨界比例度過小，因為這時候調節(jié)閥很容易處于全開及全關位置，表1臨界比例度法數據表調節(jié)作用比例2δk

比例積分2.2103對于工藝生產不利。

2）、工藝上約束條件較嚴格時，因為這時候如達到等幅振蕩，將影響生產的安全運行。

2、衰減曲線法臨界比例度法是要系統(tǒng)等幅振蕩，還要多次試湊，而用衰減曲線法較簡單，一般又有兩種方法。對于工藝生產不利。

2）、工藝上約束條件較嚴1041）、4：1衰減曲線法

使系統(tǒng)處于純比例作用下，在達到穩(wěn)定時，用改變給定值的辦法加入階躍干擾，觀察記錄曲線的衰減比，然后逐漸從大到小改變比例度，使出現(xiàn)4：1的衰減比為止，如圖5所示。記下此時的比例度δs、Ts。再按表2的經驗公式來確定PID數值。

1）、4：1衰減曲線法

使系統(tǒng)處于純比例作用105圖54：1衰減調節(jié)過程曲線δs圖54：1衰減調節(jié)過程曲線δs106表24：1衰減曲線法數據表調節(jié)作用比例度δ（%）積分時間Ti（分）微分時間Td（分）比例δs

比例積分1.2δs0.5Ts

比例積分微分0.8δs0.3Ts0.1Ts表24：1衰減曲線法數據表調節(jié)作用比例δs

比例積分1072）、10：1衰減曲線法

有的過程，4：1衰減仍嫌振蕩過強，可采用10：1衰減曲線法。方法同上，得到10：1衰減曲線，記下此時的比例度δ｀s和上升時間T｀s，再按表3的經驗公式來確定PID的數值。衰減曲線如圖6所示。2）、10：1衰減曲線法

有的過程，108圖610：1衰減曲線示意圖圖610：1衰減曲線示意圖109采用衰減曲線法必須注意幾點：（1）、加給定干擾不能太大，要根據生產操作要求來定，一般在5%左右，也有例外的情況。表310：1衰減曲線法數據表調節(jié)作用比例度δ（%）積分時間Ti（分）微分時間Td（分）比例δ＇s

比例積分1.2δ＇s２Ｔ＇Ｓ

比例積分微分0.8δ＇s１.２Ｔ＇ｓ０.４Ｔ＇ｓ采用衰減曲線法必須注意幾點：表3110（2）、必須在工藝參數穩(wěn)定的情況下才能加給定干擾，否則得不到正確得

δs、Ts。（3）、對于反應快的系統(tǒng)，如流量、管道壓力和小容量的液位調節(jié)等，要在記錄上嚴格得到4：1衰減曲線較困難，一般以被調參數來回波動兩次達到穩(wěn)定，就近似地認為達到4：1衰減過程了。（2）、必須在工藝參數穩(wěn)定的情況下才能加給定干擾，否則得111下面舉一個現(xiàn)場整定的例子。在某塔頂溫度調節(jié)系統(tǒng)中，被調參數是塔頂溫度，調節(jié)參數是回流量。在整定過程中，考慮到對象滯后較大，反應較慢的情況，δ的選擇從50%開始湊試起，此時在階躍作用下（給定值降低2%）的過渡過程曲線見圖7-（a）。此時調節(jié)時間長，不起振蕩，于是將比例度減少，δ=30%、20%、及10%時的曲線見（b）、（c）、（d）。顯然，20%的情況最好，衰減比接近4：1，Ts=10分。

下面舉一個現(xiàn)場整定的例子。在某塔頂溫度調節(jié)系統(tǒng)中112（a）

（a）113（b）

（b）114（c）

（c）115(d)

(d)116(e)圖7用衰減曲線法現(xiàn)場整定(e)圖7用衰減曲線法現(xiàn)場整定117按4：1衰減曲線法數據表定出整定參數：δ=0.8·δs=16%Ti=0.3·Ts=3分；Td=0.1·Ts=1分。投運時，先將δ放在較大的數值，把Ti從大減少到3分，把Td從小到大逐步放大到1分，然后把δ拉到16%，（如果在δ=16%的條件下很快地把Td放到1分，調節(jié)器的輸出會劇烈變化）。再對系統(tǒng)加2%的給定值變化時，仍產生4：1衰減過程，見圖（e）所示，調節(jié)質量顯著改善。按4：1衰減曲線法數據表定出整定參數：δ=0.81183、經驗試湊法這是在生產實踐中所總結出來的方法，目前應用最為廣泛，其步驟簡述如下：1）、根據不同調節(jié)系統(tǒng)的特點，先把P、I、D各參數放在基本合適的數值上。這些數值是由大量實踐經驗總結得來的（按4：1衰減），其范圍大致如表4所示。但也有特殊情況超出表列的范圍，例如有的溫度調節(jié)系統(tǒng)積分時間長達15分鐘以上，有的流量系統(tǒng)的比例度可到200%左右等等。3、經驗試湊法119表4各調節(jié)系統(tǒng)PID參數經驗數據表調節(jié)系統(tǒng)比例度δ（%）積分時間Ti（分）微分時間Td（分）說明流量40-1000.1-1

對象時間常數小，并有雜散擾動，δ應大，Ti較短，不必用微分。壓力30-700.4-3

對象滯后一般不大，δ略小，Ti略大，不用微分。液位20-801-5

δ小，Ti較大，要求不高時可不用積分，不用微分。溫度20-603-100.5-3對象容量滯后較大。δ小，Ti大，加微分作用。表4各調節(jié)系統(tǒng)PID參數經驗數據表流量40-1000.1-120參數整定找最佳，從大到小順次查，先是比例后積分，最后才把微分加；曲線振蕩很頻繁，比例度值要放大，曲線漂浮繞大彎，比例度值應減??；[1]

2）、看曲線，調參數。根據操作經驗，看曲線的形狀，直接在閉合的調節(jié)系統(tǒng)中逐步反復試湊，一直得到滿意數據。

在實踐中，人們把具體整定的方法總結了幾段順口溜。

參數整定找最佳，從大到小順次查，先是比例后積分，最后才把微分121曲線偏離回復慢，積分時間往下降，曲線振蕩周期長，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，微分時間應加長；理想曲線兩個波，前高后低四比一，一看二調多分析，調節(jié)質量不會低。曲線偏離回復慢，積分時間往下降，曲線振蕩周期長，積分時間再加122第一段講的是整定順序，δ和Ti都是從大到小逐步加上去，微分是最后才考慮的。第二段講的是比例度如何整定。第三段講的是積分時間如何整定。第四段講的是微分時間如何整定。第五段講的是標準。上面這種方法步驟是先加δ，再加Ti，最后才加Td。應用中較穩(wěn)妥。第一段講的是整定順序，δ和Ti都是從大到小逐步加123另一種方法是先從表中所列范圍內取Ti的某個數值，如果需要微分，則取Td=（1/3~1/4）Ti，然后對δ進行試湊，也能較快地達到要求。實踐證明，在一定范圍內適當地組合δ和Ti的數值，可以得到同樣衰減比的曲線，就是說，δ的減少，可以用增加Ti的辦法來補償，而基本上不影響調節(jié)過程的質量。另外，將所在裝置控制系統(tǒng)的PID參數記錄下來，是一個很好的做法。另一種方法是先從表中所列范圍內取Ti的1243）、在不熟悉的生產過程中，應先進行手動調節(jié)。進入自動調節(jié)時，應確定比例度、積分時間、微分時間。當調節(jié)輸出變化一點點而影響測量值有較大變化的這種場合，為考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應加大比例度，反之，則減小比例度。當調節(jié)器的輸出變化時，在生產過程中希望測量值跟蹤時間較短，則應該縮短積分時間，回復時間長的生產過程則應該有較長的微分時間。3）、在不熟悉的生產過程中，應先進行125（1）、比例、積分調節(jié)a）、積分時間置于最大b）、微分時間切除c）、按下述方法尋求比例度的最佳值。把比例度從較大數值逐漸往下降（例如100%→50%→20%）這時仔細觀察各個比例度情況下的調節(jié)過程，直至開始產生周期性振蕩。（測量值以給定值為中心作有規(guī)則得振蕩），在產生周期性振蕩得情況下，把此比例度逐漸加寬直至系統(tǒng)充分穩(wěn)定。（1）、比例、積分調節(jié)126d）、接下去把積分時間逐漸縮短，一般減少積分時間即縮短了測量值跟蹤給定值的時間，但是由于過程有延遲，積分時間縮短時，仍會產生振蕩，此時，表示積分時間過短，應把積分時間稍加延長，直至振蕩停止。（2）、比例、積分、微分調節(jié)a）、積分時間置于最大b）、微分時間置于最小

d）、接下去把積分時間逐漸縮短，127

c）、和前面的比例、積分調節(jié)作用一樣改變比例度，求起振點。d）、加大微分時間使振蕩停止，接著把比例度調得稍小一些，使振蕩又產生，加大微分時間，使振蕩再停止，來回這樣操作，直至雖加大微分時間，但不能使振蕩停止，以求得微分時間的最佳值，此時把比例度調得稍大一些直至振蕩停止。e）、把積分時間調成和微分時間相同的數值一般情況下是沒有什么問題的，如果又產生振蕩則加大積分時間直至振蕩停止。c）、和前面的比例、積分調節(jié)作128以上方法依據經驗試湊法，實際應用過程中根據需要和習慣選用某一種。4、反應曲線法反應曲線是表達對象特性的方法之一。反應曲線法，是需要預先測量反應曲線，通過對象動態(tài)特性數據定出整定參數的方法。而在某些工藝對象上的約束條件比較嚴，測試有困難；而在另一些對象上，干擾因素較多，且較頻繁，測試就不易準確，因此應用場合受到限制。一般現(xiàn)場應用較少，這里就不再多講。以上方法依據經驗試湊法，實際應用過程中129

5、幾