第10次PID整定方法和作用方式

P，I，D，PI，PD，PID選擇PID。3.6PID控制器設(shè)計(jì)七、調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇1、比例控制（P）適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝上沒有提出無(wú)差要求的系統(tǒng)2、比例積分控制（PI）適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝參數(shù)不允許有余差的系統(tǒng)。3.6PID控制器設(shè)計(jì)七、調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇3、比例微分控制（PD）適用于控制通道滯后較大的系統(tǒng)。例如加熱較慢的溫度控制系統(tǒng)。4、比例積分微分控制（PID）適用于容量滯后較大、負(fù)荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)，如溫度、成分控制系統(tǒng)。3.6PID控制器設(shè)計(jì)七、調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇根據(jù)的取值分三種情況：(1)<0.2：P或PI(2)(0.2，1)：PD或PID(3)>1：其它，串級(jí)、前饋等小結(jié)基本控制規(guī)律及特點(diǎn)PIPPDPID控制律的選擇第3章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)3.1控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟3.7選擇變量3.4確定控制方案3.5選擇設(shè)備3.6PID控制器設(shè)計(jì)3.7PID整定方法與作用方式調(diào)整穩(wěn)定性與控制質(zhì)量3.7PID整定方法與作用方式為什么要整定？PID執(zhí)行器被控對(duì)象檢測(cè)變送被控變量操作變量測(cè)量值偏差干擾-+設(shè)定值3.7PID整定方法與作用方式整定原則1、穩(wěn)定性2、性能指標(biāo)

(1)單項(xiàng)

(2)偏差積分性能指標(biāo)3、按PID的順序

3.7PID整定方法與作用方式第1種理論計(jì)算法第2種工程整定法整定方法3.7.1理論計(jì)算法1、根軌跡法2、頻率特性法計(jì)算繁瑣適應(yīng)性差模型不一定準(zhǔn)確3.7PID整定方法與作用方式3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法主要有4種：

1、經(jīng)驗(yàn)試湊法2、響應(yīng)曲線法3、臨界比例度法4、衰減曲線法3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

1、經(jīng)驗(yàn)試湊法比例度δ積分時(shí)間TI/min微分時(shí)間TD/min液位20%~80%??壓力30%~70%0.4~3?流量40%~100%0.1~1?溫度20%~60%3~100.5~3參數(shù)類型參數(shù)名稱經(jīng)驗(yàn)值3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

1、經(jīng)驗(yàn)試湊法關(guān)鍵是“看曲線，調(diào)參數(shù)”。改變給定值，觀察過(guò)渡過(guò)程曲線，對(duì)δ

、TI和TD逐個(gè)整定，直到獲得滿意的曲線為止。3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

1、經(jīng)驗(yàn)試湊法(1)、在純比例作用下(TI=、TD=0) 將比例度按表中取值，系統(tǒng)投入運(yùn)行； 若曲線振蕩頻繁， 若曲線偏離穩(wěn)態(tài)值，且非周期，太小了!則加大比例度；yt過(guò)大!

則減少，求得滿意的4:1過(guò)渡過(guò)程曲線。

整定步驟:3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

1、經(jīng)驗(yàn)試湊法(2)、引入積分作用(此時(shí)應(yīng)將上述加大1.2倍)將積分時(shí)間TI由大到小進(jìn)行整定；若曲線波動(dòng)較大，若曲線偏離給定值后長(zhǎng)時(shí)間回不來(lái)，則應(yīng)增大TI；yt

則減少TI，求得較好的過(guò)渡過(guò)程曲線。3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

1、經(jīng)驗(yàn)試湊法(3)、若需引入微分作用將TD按經(jīng)驗(yàn)值或按TD=(1/3～1/4)TI設(shè)置，并由小到大加入；若曲線超調(diào)量大而衰減慢，若曲線振蕩厲害，觀察曲線，再適當(dāng)調(diào)節(jié)和TI，反復(fù)調(diào)試直到獲得滿意的過(guò)渡過(guò)程曲線。yt則應(yīng)增大TD；TD過(guò)小則應(yīng)減小TD；TD過(guò)大3.7.2工程整定法

1、經(jīng)驗(yàn)試湊法參數(shù)整定找最佳，從弱到強(qiáng)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；曲線漂浮繞大彎，比例度盤往小扳；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)；理想曲線看波形，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。PID3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

1、經(jīng)驗(yàn)試湊法按PID的順序缺乏經(jīng)驗(yàn)或過(guò)渡過(guò)程較慢時(shí)，往往較為費(fèi)時(shí)注意：3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法1、經(jīng)驗(yàn)試湊法2、響應(yīng)曲線法3、臨界比例度法4、衰減曲線法3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

2、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法(響應(yīng)曲線法)

特點(diǎn)：依據(jù)對(duì)象的響應(yīng)曲線---飛升特性整定參數(shù)，精度更高。3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

2、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法(響應(yīng)曲線法)

整定步驟:(1)、用“測(cè)試法建?！敝兴榻B的方法獲取對(duì)象的響應(yīng)曲線3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

2、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法(響應(yīng)曲線法)給定值＋－檢測(cè)變送器控制器執(zhí)行器對(duì)象被控變量方法：不加控制作用，作控制通道特性曲線3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

2、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法(響應(yīng)曲線法)

此方法在不加控制作用的狀態(tài)下進(jìn)行，對(duì)于不允許工藝失控的生產(chǎn)過(guò)程，不能使用注意：3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

2、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法(響應(yīng)曲線法)階躍響應(yīng)曲線y(t)ty(∞)y(0)OBCOXtΔX3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

2、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法(響應(yīng)曲線法)(2)、求取廣義對(duì)象的放大系數(shù)Ko式中Δy---被控參數(shù)測(cè)量值的變化量；

ΔX---控制器輸出的變化量；

ymax-ymin---測(cè)量?jī)x表的刻度范圍；

Xmax-Xmin---控制器輸出變化范圍。3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

2、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法(響應(yīng)曲線法)(3)、根據(jù)對(duì)象的K0、T0、0

，按下表所給公式求控制器的參數(shù)、TI和TD。

比例度δ積分時(shí)間TI/min微分時(shí)間TD/minP100%??PI100%3.7?PID100%20.5控制規(guī)律參數(shù)名稱整定值3.7PID整定方法與作用方式

例、在某一蒸汽加熱器的控制系統(tǒng)中，當(dāng)電動(dòng)單元組合控制器(0~10mA)的輸出從6mA改變到7mA時(shí)，溫度記錄儀的指針從85℃升到87.8℃，從原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。儀表的刻度為50100℃，并測(cè)出0=1.2min,T0=2.5min。如采用PI和PID控制規(guī)律，試用響應(yīng)曲線法確定出整定參數(shù)。3.7.2工程整定法

2、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法(響應(yīng)曲線法)3.7PID整定方法與作用方式本例中，X=7-6=1mA

Xmax-Xmin=10-0=10mA

y=87.8-85.0=2.8℃

ymax-ymin=100-50=50℃

所以解：3.7PID整定方法與作用方式因此，PI控制器時(shí)：

=1.1100%=

1.127%=

30%

TI=3.7

=3.71.2

=4min

PID控制器時(shí)：

=0.8527%=23%

TI=21.2=2.4min

TD=0.51.2=0.6min解畢。3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法1、經(jīng)驗(yàn)試湊法2、響應(yīng)曲線法3、臨界比例度法4、衰減曲線法3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

3、穩(wěn)定邊界法(臨界比例度法)特點(diǎn)

是目前工程上應(yīng)用較廣泛的一種控制器參數(shù)的整定方法

整定步驟

(1)、在純比例作用下投入(TI=,TD=0),比例度取較大值；

3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

3、穩(wěn)定邊界法(臨界比例度法)y(t)tOTcrδcrP控制器(2)、將逐漸減小，得到等幅振蕩，記下臨界比例度cr和臨界振蕩周期Tcr值。3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

3、穩(wěn)定邊界法(臨界比例度法)

(3)、根據(jù)cr和Tcr值，計(jì)算、TI、TD的值比例度δ積分時(shí)間TI/min微分時(shí)間TD/minP2δcr??PI2.2δcr0.85Tcr?PID1.67δcr0.5Tcr0.125Tcr控制規(guī)律參數(shù)名稱整定值3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

3、穩(wěn)定邊界法(臨界比例度法)

(4)、按“先P后I最后D”的操作程序，將控制器整定參數(shù)調(diào)整到計(jì)算值上。

觀察其運(yùn)行曲線，若不夠滿意，再做進(jìn)一步調(diào)整。3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

3、穩(wěn)定邊界法(臨界比例度法)

要考慮到等幅振蕩對(duì)安全生產(chǎn)的影響注意：3.7PID整定方法與作用方式

例、用臨界比例度法整定某過(guò)程控制系統(tǒng)所得的比例度cr=20%,臨界振蕩周期Tcr=1min，當(dāng)控制器分別采用P、PI、PID時(shí)，求其最佳整定參數(shù)值。

3.7.2工程整定法

3、穩(wěn)定邊界法(臨界比例度法)3.7PID整定方法與作用方式解：已知

cr和Tcr

(1).比例控制器

=2cr=2×20%=40%

(2).比例積分控制器

=2.2cr=2.2×20%=44%

TI=0.85Tcr=0.851=0.85min

(3).比例積分微分控制器

=1.67cr=1.620%=33.4%

TI=0.5Tcr=0.51=0.5min

TD=0.125Tcr=0.1251=0.125min3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法1、經(jīng)驗(yàn)試湊法2、響應(yīng)曲線法3、臨界比例度法4、衰減曲線法3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

4、衰減曲線法(阻尼振蕩法)

步驟如下：3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

4、衰減曲線法(阻尼振蕩法)(1)、實(shí)現(xiàn)4:1衰減比純比例作用(TI=,TD=0)運(yùn)行把從大調(diào)小，出現(xiàn)4:1衰減曲線此時(shí)比例度為cr，振蕩周期為TcrδcrP控制器Tcr41tOy(t)3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

4、衰減曲線法(阻尼振蕩法)(2)、計(jì)算參數(shù)根據(jù)cr和Tcr，計(jì)算出控制器的各個(gè)整定參數(shù)值比例度δ積分時(shí)間TI/min微分時(shí)間TD/minPδcr??PI1.2δcr0.5Tcr?PID0.8δcr0.3Tcr0.1Tcr控制規(guī)律參數(shù)名稱整定值3.7PID整定方法與作用方式3.7.2工程整定法

4、衰減曲線法(阻尼振蕩法)

(3)、進(jìn)一步調(diào)整 按“先P后I最后D”的操作程序，將求得的參數(shù)設(shè)置在控制器上；

再觀察運(yùn)行曲線，若不太理想，可做適當(dāng)調(diào)整。3.7PID整定方法與作用方式

例、某溫度控制系統(tǒng)，采用4：1衰減曲線法整定控制器參數(shù)，得cr=20%，Tcr=10分，當(dāng)控制器分別為P、PI、PID時(shí)，試用衰減曲線法求其整定參數(shù)值。3.7.2工程整定法

4、衰減曲線法(阻尼振蕩法)3.7PID整定方法與作用方式

解：

應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式，可得

(1)、比例控制器

=cr=20%(2)、比例積分控制器

=1.2

cr=1.220%=24%

TI=0.5Tcr=0.510=5min(3)、比例積分微分控制器

=0.8cr=0.820%=16%

TI=0.3Tcr=0.310=3min

TD=0.1Tcr=0.110=1min

3.7PID整定方法與作用方式3.7.3幾種整定方法的對(duì)比

整定方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)響應(yīng)曲線法方法簡(jiǎn)單系統(tǒng)開環(huán)，被調(diào)量變化較大，影響生產(chǎn)臨界比例度法系統(tǒng)閉環(huán)會(huì)出現(xiàn)被調(diào)量等幅振蕩衰減曲線法系統(tǒng)閉環(huán)，安全實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)經(jīng)驗(yàn)法系統(tǒng)閉環(huán)，不需計(jì)算需要經(jīng)驗(yàn)3.7.4控制器正反作用

使整個(gè)單回路構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)--乘積為負(fù)。

1、調(diào)節(jié)閥：氣開式為“＋”，氣關(guān)式為“-”；

2、控制器：正作用為“＋”，反作用為“-”；

3、被控對(duì)象：物料或能量增加時(shí)，被控參數(shù)隨之增加為“＋”，隨之減少為“-”；

4、變送器：一般為“＋”；

控制器正、反作用選擇的判別式：

(控制器“±”)(調(diào)節(jié)閥“±”)(對(duì)象“±”)=“-”一、確定原則3.7PID整定方法與作用方式3.7.4控制器正反作用二、驗(yàn)證方法TTTC-++燃料出料例：加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)(控制器“±”)(調(diào)節(jié)閥“+”)(對(duì)象“+”)=“-”對(duì)象3.7.4控制器正反作用二、驗(yàn)證方法例：加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)框圖偏差TC執(zhí)行器對(duì)象TT給定值出口溫度干擾－測(cè)量值+-++TTTC-+++燃料出料3.7.4控制器正反作用二、驗(yàn)證方法TTTC-+++燃料出料負(fù)反饋驗(yàn)證：設(shè)某時(shí)刻燃料壓力↑→燃料流量↑→爐溫↑→出料溫度↑→TC輸入↑→TC輸出↓→閥關(guān)小→爐溫↓→出料溫度↓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)例子例冷物料通過(guò)加熱器加熱(圖a)，用蒸汽對(duì)其進(jìn)行加熱，工藝要求物料在加熱器出口