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PID参数调节原理和整定方法 乙烯厂仪表车间 总貌 PID控制概述P比例调节I积分调节D微分调节什么样的PID参数为最佳CS3000系统PID参数整定方法FOXBRO系统PID参数整定方法总结 PID控制概述 什么是PID控制 它是比例 积分和微分控制的简称 Proportional Integral DifferentialController反馈控制 根据偏差进行的控制 PID调节器 阀门 被控对象 测量变送器 设定值 偏差 P比例调节 P 比例调节在P调节中 调节器的输出信号u与偏差信号e成比例 即u Kce kc称为比例增益 但在实际控制中习惯用增益的倒数表示 1 kc 称为比例带 不同的DCS使用不同的参数作为P的调节参数 以CS3000为例 选用 比例带为调节参数 单位 可以理解为 若测量仪表的量程为100 则 50 就表示被调量需要变化50 才能使调节阀从全关到全开 值越大 作用越弱 值越小 作用越强 P比例调节 a 越大调节阀的动作幅度小 变化平稳 甚至无超调 但余差大 调节时间长 b 减小调节阀动作幅度加大 被调量来回波动 余差减小 c 进一步减小被调量波动加剧 d 为临界被调量等幅振荡波动 e 小于临界被调量法散振荡 P比例调节 P比例调节特点比例调节反应速度快 输出与输入同步 没有时间滞后 其动态特性好 比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值 而产生余差 P的一般选取范围压力调节 30 70 流量调节 60 300 液位调节 40 100 温度调节 40 80 I积分调节 I 积分调节一般用于控制系统的准确性 消除余差 对于同一偏差信号 积分常数越大 表示积分调节作用越强 积分常数就表示了积分作用的大小 积分常数的倒数叫积分时间 用TI表示 不同的DCS使用不同的参数作为I的调节参数 以CS3000为例 选用积分时间为调节参数 单位 s 可以理解为 值越大 作用越弱 一般不单独使用纯积分调节器 I积分调节 只要偏差不为零 控制输出就不为零 它就要动作到把被调量的静差完全消除为止 积分调节的特性就是无差调节 积分速度大 调节阀的速度加快 但系统的稳定性降低 当积分速度大到超过某一临界值时 整个系统变为不稳定 I积分调节 积分速度对调节过程的影响 增大积分速度调节阀的速度加快 但系统稳定性降低当积分速度达到并超过临界值时 整个系统变为不稳定 发散震荡过程 减小积分速度调节阀的速度减慢 系统稳定性增加 但调节速度变慢无论增大还是减小积分速度 被调量最后都没有余差 I积分调节 比例调节和积分调节的比较 积分调节可以消除静差 但对比例调节来说 当被调参数突然出现较大的偏差时 调节器能立即按比例地把调节阀的开度开得很大 但积分调节器就做不到这一点 它需要一定的时间才能将调节阀的开度开大或减小 因此 积分调节会使调节过程非常缓慢 总之 比例调节能及时进行调节 积分调节可以消除静差 但它的输出有段积累过程 过渡过程进行的十分缓慢 如果系统干扰作用频繁 更显得十分乏力 单独的积分调节系统较罕见 它作为一种辅助调节规律与比例调节一起组成比例积分调节规律 P与I调节过程的比较 PI调节 比例积分调节 PI调节 积分调节可以消除静差 但有滞后现象 比例调节没有滞后现象 但存在静差 PI调节就是综合P I两种调节的优点 利用P调节快速抵消干扰的影响 同时利用I调节消除残差 一般在P调节的基础上增加I调节需适当减少比例作用 增大比例度 D微分调节 D 微分调节微分调节一般只与偏差的变化成比例 偏差变化越剧烈 调节输出作用越强 从而及时抑制偏差增长 提高系统稳定性 微分调节主要用于调节对象有大的传递滞后和容量滞后 例如温度与大容量液位 微分一般用微分时间表示 单位S 用TD表示 在实际使用过程中 值越大作用越强 要注意 微分调节器不能单独作用 必须配合使用 并且微分调节无法消除余差 只对偏差变化速度有反应 与偏差大小无关 纯P作用下的阶跃响应 纯P调节为有差调节比例作用越强 稳态误差越小 响应快 但超调大 PI作用下的阶跃响应 引入积分 消除了余差积分作用越强 响应速度越快 超调大 振荡加剧 PI作用下的阶跃响应 在同样积分作用下 减小比例作用 可增加系统稳定 PD作用下的阶跃响应 引入微分项 提高了响应速度 增加了系统的稳定性 但不能消除系统余差 PD作用下的阶跃响应 相同比例作用情况下 微分作用越强 响应速度越快 系统越稳定 PID作用下的阶跃响应 PD的基础上引入积分项 就能达到理想的性能指标 针对不同的调节回路 需要的指标不一样 因此引入的调节参数也就不一样 PID参数的工程整定法 动态特性参数法稳定边界法衰减曲线法经验法实际生产过程中 不可能让生产工艺产生较大波动 以上方法不通用也不实际 顾本文主要对经验法详细介绍 PID参数的工程整定法 经验法即先确定一个调节器的参数值P和I 通过改变给定值对控制系统施加一个扰动 现场观察判断控制曲线形状 若曲线不够理想 可改变P或I 根据控制过程曲线 经反复凑试直到控制系统符合动态过程品质要求为止 这时的P和I就是最佳值 什么样的PID参数为最佳 衰减比过渡过程曲线上第一个波峰和第二个波峰的峰值比 即B B 一般为4 10最好 余差过渡过程终了时 被控变量的稳态值与设定值之间的差 即C 要尽量为0过渡时间控制系统受到扰动后 重新回到新的稳态的最短时间 越短越好 过渡时间 位号 位号注释 位号标志 功能块模式 测量值 CS3000仪表面板 CS3000仪表面板 输出值指针设定值指针功能块模式报警状态位号位号注释位号标志测量值棒状图测量值上下限工程单位 CS3000操作仪表面板 CS3000调整窗口 比例带表 值越大 作用越小 范围0 1000 积分时间 值越大 作用越小 范围0 1 10000s微分时间 值越大 作用越大 范围0 10000s 要进行PID参数调节 首先必须要有权限 显示 表示可以进行参数修改 显示 表示不能对参数进行修改 默认值班长有权限修改 进行PID参数调节时 建议按下保留按钮 以方便在切换画面后观察保留的趋势 PID参数调整完后必须取消 实时曲线观察窗口 CS3000系统PID参数整定方法 无扰动切换勿扰动切换 控制回路手动 MAN 到自动 AUT 状态切换时 保证设定值 SV 与测量值 PV 保持一致或相当 PID控制只有在控制回路处于AUT状态 也就是负反馈回路时才有用 CS3000系统PID参数整定方法 增大比例系数P一般将加快系统的响应 在有静差的情况下有利于减小静差 但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调 并产生振荡 使稳定性变坏 增大积分时间I有利于减小超调 减小振荡 使系统的稳定性增加 但是系统静差消除时间变长 增大微分时间D有利于加快系统的响应速度 使系统超调量减小 稳定性增加 但系统对扰动的抑制能力减弱 在凑试时 可参考以上参数对系统控制过程的影响趋势 对参数调整实行先比例 后积分 再微分的整定步骤 CS3000系统PID参数整定方法 串级回路PID参数调整因为串级调节系统一般应用于容量滞后较大的场合 必须加微分 所以主调一般取PID 而副调一般取P就可以了 但是副参数是流量 压力时 可加一定的I作用 这里也不是为了消除余差 只是流量 压力付对象时间常数太小 导致副调节器的P不能太小 调节作用弱 加上积分是为了使副参数偏离给定值太远 CS3000系统常用PID参数 IA系统PID参数整定 手动 自动切换 要进行PID参数调节 首先必须要有权限 默认情况下值班长有权限修改 P 比例带 值越大 作用越弱 单位 I 积分时间 值越大 作用越弱 单位 分钟 m D 微分时间 值越大 作用越强 单位 分钟 m PID参数含义均与CS3000一致 但要注意积分和微分时间 为分钟 IA系统PID参数整定 IA系统的PID参数整定方法完全可应用前面介绍的方法 进行经验整定 实时趋势图 总结 控制回路自控的投用并不简单在于PID参数的好坏 它与现场阀门响应速度及灵敏度相关 测量的准确性息息相关 因此希望优秀的工艺人员与用心的仪表人员共同努力 共同提高我们国际化的大石化自控率