DCS控制系统PID参数的整定方法

PID参数整定 PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。1. PID 常用口诀: 参数整定找最佳，从小到大顺序查， 先是比例后积分，最后再把微分加， 曲线振荡很频繁，比例度盘要放大， 曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳， 曲线偏离回复慢，积分时间往下降， 曲线波动周期长，积分时间再加长， 曲线振荡频率快，先把微分降下来， 动差大来波动慢，微分时间应加长， 理想曲线两个波，前高后低 4 比 1， 一看二调多分析，调节质量不会低2.PID 控制器参数的工程整定, 各种调节系统中 P.I.D 参数经验数据以下可参照： 温度 T: P=2060%,T=180600s,D=3-180s 压力 P: P=3070%,T=24180s, 液位 L: P=2080%,T=60300s, 流量 L: P=40100%,T=660s。3.PID 控制的原理和特点 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称 PID控制，又称 PID 调节。PID 控制器问世至今已有近 70 年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用 PID 控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用 PID 控制技术。PID 控制，实际中也有 PI 和 PD 控制。PID 控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。可以用MATLAB仿仿，感受一下参数对典型对象动态特性影响请参考“先进PID控制及其MATLAB仿真”，刘金琨编，电子工业出版社2003年1月版控制电动阀的开度来达到控制温度是可以的，我个人认为用比例电磁阀替代电动阀完全可以实现PID的控制。因为比例电磁阀有标准的模拟量输入信号和反馈信号而且具有PID调节功能。经过多年的工作经验，我个人认为PID参数的设置的大小，一方面是要根据控制对象的具体情况而定；另一方面是经验。P是解决幅值震荡，P大了会出现幅值震荡的幅度大，但震荡频率小，系统达到稳定时间长；I是解决动作响应的速度快慢的，I大了响应速度慢，反之则快；D是消除静态误差的，一般D设置都比较小，而且对系统影响比较小。对于温度控制系统P在5-10%之间；I在180-240s之间；D在30以下。对于压力控制系统P在30-60%之间；I在30-90s之间；D在30以下。PID参数整定方法就是确定调节器的比例带PB、积分时间Ti和和微分时间Td。一般可以通过理论计算来确定，但误差太大。目前，应用最多的还是工程整定法：如经验法、衰减曲线法、临界比例带法和反应曲线法。各种方法的大体过程如下：（1）经验法又叫现场凑试法，即先确定一个调节器的参数值PB和Ti，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PB或Ti，再画控制过程曲线，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PB和Ti就是最佳值。如果调节器是PID三作用式，那么要在整定好的PB和Ti的基础上加进微分作用。由于微分作用有抵制偏差变化的能力，所以确定一个Td值后，可把整定好的PB和Ti值减小一点再进行现场凑试，直到PB、Ti和Td取得最佳值为止。显然用经验法整定的参数是准确的。但花时间较多。为缩短整定时间，应注意以下几点：根据控制对象特性确定好初始的参数值PB、Ti和Td。可参照在实际运行中的同类控制系统的参数值，或参照表3-4-1所给的参数值，使确定的初始参数尽量接近整定的理想值。这样可大大减少现场凑试的次数。在凑试过程中，若发现被控量变化缓慢，不能尽快达到稳定值，这是由于PB过大或Ti过长引起的，但两者是有区别的：PB过大，曲线漂浮较大，变化不规则，Ti过长，曲线带有振荡分量，接近给定值很缓慢。这样可根据曲线形状来改变PB或Ti。PB过小，Ti过短，Td太长都会导致振荡衰减得慢，甚至不衰减，其区别是PB过小，振荡周期较短；Ti过短，振荡周期较长；Td太长，振荡周期最短。如果在整定过程中出现等幅振荡，并且通过改变调节器参数而不能消除这一现象时，可能是阀门定位器调校不准，调节阀传动部分有间隙（或调节阀尺寸过大）或控制对象受到等幅波动的干扰等，都会使被控量出现等幅振荡。这时就不能只注意调节器参数的整定，而是要检查与调校其它仪表和环节。（2）衰减曲线法是以4：1衰减作为整定要求的，先切除调节器的积分和微分作用，用凑试法整定纯比例控制作用的比例带PB（比同时凑试二个或三个参数要简单得多），使之符合4：1衰减比例的要求，记下此时的比例带PBs和振荡周期Ts。如果加进积分和微分作用，可按表3-4-2给出经验公式进行计算。若按这种方式整定的参数作适当的调整。对有些控制对象，控制过程进行较快，难以从记录曲线上找出衰减比。这时，只要被控量波动2次就能达到稳定状态，可近似认为是4：1的衰减过程，其波动一次时间为Ts。pk/1.2调节出现的第二个峰值和稳态值相切；d=i/3.5（3）临界比例带法，用临界比例带法整定调节器参数时，先要切除积分和微分作用，让控制系统以较大的比例带，在纯比例控制作用下运行，然后逐渐减小PB，每减小一次都要认真观察过程曲线，直到达到等幅振荡时，记下此时的比例带PBk(称为临界比例带)和波动周期Tk，然后按表3-4-3给出的经验公式求出调节器的参数值。按该表算出参数值后，要把比例带放在比计算值稍大一点的值上，把Ti和Td放在计算值上，进行现场观察，如果比例带可以减小，再将PB放在计算值上。这种方法简单，应用比较广泛。但对PBk很小的控制系统不适用。（4）反应曲线法，前三种整定调节器参数的方法，都是在预先不知道控制对象特性的情况下进行的。如果知道控制对象的特性参数，即时间常数T、时间迟延和放大系数K，则可按经验公式计算出调节器的参数。利用这种方法整定的结果可达到衰减率=0.75的要求。应用以上规则，对下图系统进行调整Kp增加则振荡周期减小，超调增加，上升时间减小，反之亦然；Ki增加则超调/回调比增加，稳定性下降，反之亦然；Kd增大则稳定性增加，反之亦然；当系统上升时间大于要求的上升时间时，增加Ki；在稳态时，系统输出产生波动现象，适当增加Kd；系统输出对于干扰信号反映灵敏，适当减小Kd；上升时间过长，增加Kp；系统输出发生振荡减小Kp。谈如何整定PID参数各种工艺装置采用DCS系统主要实现生产过程的自动化控制，DCS系统在各类生产装置工艺过程中占有举足轻重的地位，它指挥和控制生产过程的大脑和神经中枢，是各类生产装置保证工艺指标、安全稳定运转、节能降耗及优化操作和改善生产管理的关键，DCS能否发挥应有的作用和取得用户满意的效果，其中自控率是一项很重要的指标，调节系统能否投入自动，PID参数整定很关键。一、调节器正/反作用的确定方法调节系统投自动：往往在控制方案确定好且判断出调节器的正/反作用后，最关键的是P、I、D参数如何整定，根据多年的现场工作经验，谈谈如何整定调节系统的P、I、D参数，请大家在工程中参考。在整定调节系统的P、I、D参数前，要保证一个闭环调节系统必须是负反馈，即Ko*Kv*Kc 0。_PV Kc（PID）KvKo测量sp单回路PID调节系统方框图Ø调节对象Ko：阀门、执行器开大，测量PV增加，则Ko0；反之，则Ko0；Ø调节阀门Kv：阀门正作用（气开、电开），则Kv0；阀门反作用（气关、电关），则Kv0；Ko、Kv的正负由工艺对象和生产安全决定，根据Ko、Kv的正负和Ko*Kv*Kc 0，我们可以确定Kc的正负，Ø调节器Kc：若Kc0，则调节器为反作用；若Kc0，则调节器为正作用；软件组态中要设置正确,在装置调试和开车及P、I、D参数整定前，调节器的正/反作用务必检查，且正确无误。1)在整定调节系统的P、I、D参数前，要保证测量准确、阀门动作灵活；2)在整定调节系统的P、I、D参数时，打好招呼，要求用户工艺操作密切注意生产运行状况，确保安全生产；3)在整定调节系统的P、I、D参数时，先投自动后串级，先投副环后主环，副环粗，主环细。在操作站CRT上，打开调节器的整定调整画面窗口，改变给定值SP或输出值OP，给出一个工艺允许的阶跃信号，观察测量值PV变化和趋势图，不断修定PID参数，往往反复几次，直至平稳控制。实际中，一般能达到工艺满意的一阶特性即可。二、经验PID整定参数预置对介质为流体（气体、液体）情况，经验PID整定参数参考如下，（在出所前最好在软件组态中要设置好，到现场再细调或不动）：1、对流量调节（F）：Ø一般P=120200%，I=50100S，D=0S；Ø对防喘振系统：一般P=120200%，I=2040S，D=1540S；2、对压力调节（P）：Ø一般P=120180%，I=50100S，D=0S；Ø对放空系统：一般P=80160%，I=2060S，D=1540S；3、对液位调节（L）：Ø1、大容器（直径4米、高2米以上塔罐）：一般P=80120%，I=200900S，D=0S；Ø2、中容器（直径2-4米、高1.5-2米塔罐）：一般P=100160%，I=80400S，D=0S；Ø3、小容器（直径2米、高1.5米以下塔罐）：一般P=120300%，I=60200S，D=0S；4、对温度调节（T）：一般P=120260%，I=50200S，D=2060S；上述参数是经验性的东西，不是绝对的。另外实际中，有时一个调节系统工艺过程对象或阀门（定位器）存在问题，也能靠改变PID参数予以克服，使自动投入。投自动需要耐心观察、不断修正。实践中能否投入自动，最关键的是阀门（定位器）、执行器好用，动作灵活。在一个串级调节系统（例如：有2个调节器）中，整个内环（副调，其Ko1*Kv1*Kc1 0）相当于主环的Kv，它始终为正。PID参数整定的结果：观察曲线，一般为一阶特性即可（当然理论上为二阶衰减特性）。三、自动回路投入注意事项 1、基本原则：装置在运行时自动回路的投入应保证各工段的平稳运行，主要参数不能出现较大的波动，其它辅助设备的压力、液位、温度等参数也不能出现影响装置正常运行的过大波动。2、同工艺操作人员的配合：自动回路的投入属于自动化改造工程调试工作。若是我方人员负责投自动回路，在进行此项工作时，应先向用户操作人员讲清我方的工作内容，需要工艺操作人员如何配合，有何影响及出现意外情况应如何处理，调试结束后应通知工艺操作人员。自动回路首次投入前应要求工艺操作人员将该部分工况尽量调至相对稳定状态。3、控制系统具体注意事项：（1）所有自动回路的组态在出所前都应经过严格测试。若其组态在现场有改动，在投入自动前应仔细检查组态的信号流向及逻辑的正确性，信号切换部分要注意切换逻辑的时序问题。组态应做到自动回路至现场的出口有可做人工干预的简单逻辑部分，以便万一有组态错误可以人工停止自动回路对现场的作用。 （2）投自动时可先将PID模块的比例带、积分时间的数值放大，将PID模块输出上限、输出下限放至PID模块当前跟踪输出值附近的一个可允许变动范围内，将PID模块输出变化率放小。投入自动后，观察PID模块的动作方向是否正确，PID模块输入偏差的变化是否在正常范围之内，确认后再将PID模块的几种输出限制相继放开，恢复其正常作用，再根据调节品质调节PID模块各项的参数。四、PID参数整定方法1、基础知识在自动调节系统中，E=SP-PV。其中，E为偏差、SP为给定值、PV为测量值。当SP大于PV时为正偏差，反之为负偏差。1)比例调节作用的动作与偏差的大小成正比；当比例度为100时，比例作用的输出与偏差按各自量程范围的1：1动作。当比例度为10时，按10：1动作。即比例度越小，比例作用越强。比例作用太强会引起振荡。太弱会造成比例欠调，造成系统收敛过程的波动周期太多，衰减比太小。其作用是稳定被调参数。2)积分调节作用的动作与偏差对时间的积分成正比。即偏差存在积分作用就会有输出。它起着消除余差的作用。积分作用太强也会引起振荡，太弱会使系统存在余差。3)微分调节作用的动作与偏差的变化速度成正比。其效果是阻止被调参数的一切变化，有超前调节的作用。对滞后大的对象有很好的效果。但不能克服纯滞后。适用于温度调节。使用微分调节可使系统收敛周期的时间缩短。微分时间太长也会引起振荡。2、整定方法经验法是简单调节系统应用最广泛的整定方法，是一种试凑法。它通过参数预先设置和反复试凑来实现。参数的预置值要根据对象的特性和仪表的量程决定。仪表量程大的PID参数要适当加强作用。四类被调参数的一般范围如下：被调参数比例度%积分时间min微分时间min流量1003000.11温度1002003300.53压力1003000.43液位80200实际情况可能超出此范围。临界比例度法是采用纯比例将系统投入自动，此时积分时间放最大，微分时间放0。逐渐减小比例度，使系统刚刚出现等幅振荡，记下这时的比例度Pbc和振荡周期Tc，然后按下式计算PID的比例度和积分时间：P=2.2Pbc；T=0.85Tc。对于纯滞后时间和时间常数较大的对象，MACS的PID不宜使用临界比例度法，其较难找到Pbc。2.3 PID参数整定方法 2.3.1 工程整定法PID数字调节器的参数，除了比例系数Kp，积分时间Ti和微分时间Td外，还有1个重要参数即采样周期T。1采样周期T的选择确定从理论上讲，采样频率越高，失真越小。但是，对于控制器，由于是依靠偏差信号来进行调节计算的，当采样周期T太小，偏差信号也会过小，此时计算机将失去调节作用；若采样周期T太长，则将引起误差。因此采样周期T必须综合考虑。采样周期的选择方法有两种，一种是计算法，另一种是经验法。 计算法由于比较复杂，特别是被控对象各环节时间常数难以确定，工程上较少用。经验法是一种凑试法，即根据人们在控制工作实践中积累的经验以及被控对象的特点，先选择一个采样周期T，进行试验，再反复改变T，直到满意为止。2Kp，Ti，Td的选择方法1）扩充临界比例度法扩充临界比例度法是简易工程整定方法之一，用它整定Kp，Ti，Td的步骤如下。 选择最短采样周期Tmin，求出临界比例度Su和临界振荡周期Tu。具体方法是将Tmin输入计算机，只有P环节控制，逐渐缩小比例度，直到系统产生等幅振荡。此时的比例度即为临界比例度Su，振荡周期称为临界振荡周期Tu。选择控制度为： （2-15）通常当控制度为1.05时，表示数字控制方式与模拟方式效果相当。根据计算度，查表2-1可求出Kp，Ti，Td。 表2-1 扩充临界比例度法整定参数表控制度控制规律参数TKpTiTd1.05PIPID0.03Tu0.014Tu0.53Su0.63Su0.88Tu0.49Tu/0.14Tu1.2PIPID0.05Tu0.43Tu0.49Su0.47Su0.91Tu0.47Tu/0.16Tu1.5PIPID0.14Tu0.09Tu0.42Su0.34Su0.99Tu0.43Tu/0.20Tu2.0PIPID0.22Tu0.16Tu0.36Su0.27Su1.05Tu0.4Tu/0.22Tu2）扩充响应曲线法若已知系统的动态特性曲线，可以采用和模拟调节方法一样的响应曲线法进行整定，其步骤如下。 断开微机调节器，使系统手动工作，当系统在给定值处处于平衡后，给一阶跃输入。用仪表记录被调参数在此阶跃作用下的变化过程曲线。如图2-12所示。 图2-12 阶跃信号下的曲线动画讲解图片说明在曲线最大斜率处做切线，求得滞后时间t，对象时间常数以及它们的比值/t。根据所求得的，t和/t值，查表2-2求得值Kp，Ti，Td。 表2-2 扩充响应曲线法整定参数表控制度控制规律参数TKpTiTd1.05PIPID0.1t0.05t 0.84/t1.15/t 0.34t2.0t /0.45t1.2PIPID0.2t0.15t0.78/t1.0/t 3.6t1.9t /0.55t 1.5PIPID0.50t0.34t0.68/t0.85/t3.9t1.62t /0.65t 2.0PIPID0.8t0.6t0.57/t0.6/t 4.2t1.5t /t 2.3.2 经验法在实际工作过程中，由于被调对象的动态特性不是很容易确定，即使确定了，不仅计算困难，工作量大，往往其结果与实际相差较大，甚至事倍功半。因此，在实际生产过程中采用的是经验法。即根据各调节作用的规律，经过闭环试验，反复凑试，找出最佳调节参数。微机调速器参数最终要在现场试验好后，才能选出最优参数。厂家有规定的参考值，有一个范围，是理论计算出来的。因此要选择出最优参数，就必须在生产现场进行试验做记录曲线后方能得到。2.3.3 凑试法确定PID调节参数凑试法是通过模拟（或闭环）运行观察系统的响应（例如，阶跃响应）曲线，然后根据各调节参数对系统响应的大致影响，反复凑试参数，以达到满意的响应，从而确定PID的调节参数。增大比例系数Kp一般将加快系统的响应，这有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。增大式（2-2）中的Td有利于加快系统响应，使超调量减小，稳定性增加，但对于干扰信号的抑制能力将减弱。在凑试时，可参考以上参数分析控制过程的影响趋势，对参数进行先比例，后积分，再微分的整定步骤。其具体步骤如下： 首先整定比例部分。将比例系数由小调大，并观察相应的系统响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差小到允许的范围之内，并且响应曲线已属满意，那么只需要用比例调节器即可，最优比例系数可由此确定。 当仅调节比例调节器参数，系统的静差还达不到设计要求时，则需加入积分环节。整定时，首先置积分常数Ti为一个较大值，经第一步整定得到的比例系数会略为缩小（如减小20%），然后减小积分常数，使系统在保持良好动态性能的情况下，静差得到消除。在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复修改比例系数和积分常数，直至得到满意的效果和相应的参数。 若使用比例积分器，能消除静差，但动态过程经反复调整后仍达不到要求，这时可加入微分环节。在整定时，先置微分常数Td为零，在第二步整定的基础上，增大Td，同时相应地改变Kp和Ti，逐步凑试，以获得满意的调节效果和参数。应该指出，在整定中参数的选定不是惟一的。事实上，比例、积分和微分三部分作用是相互影响的。从应用角度来看，只要被控制过程的主要性能指标达到设计要求，那么比例、积分和微分参数也就确定了。表2-3给出了一些常见的调节器参数选择范围。表2-3 常见被调量PID参数经验选择范围被调量特 点参 数KpTi/ minTd/ min流量时间常数小，并有噪声，故Kp比较小，Ti较小，不用微分12.50.11温度对象有较大滞后，常用微分1.653100.53压力对象的滞后不大，不用微分1.43.50.43液位允许有静差时，不用积分和微分1.255霍尼经验honeywell PID参数整定方法。8 ; ?7 V2 Y/ J8 V一、修改PID参数必须有“supv”及以上权限权限 5 X1 o4 6 T 0 b二、打开要修改的控制回路细目画面，翻到下图所示的页面，修改PID控制3 _; t4 c( ) I. c. x& I. S路整定的三个参数K，T1，T2；PID参数代表的含义 ( c/ # 0 X4 u$ hK：3 f3 S/ ! o0 p2 A9 G比例增益（放大倍数），范围为0.0240.0；. 5 d0 i$ E9 S; J- q3 L) T1：积分时间，范围为0.01440.0，单位为分钟，0.0代表没有积分作用；1 : V- l- Y& U* I! K9 ?- xT2：微分时间，范围为0.01440.0，单位为分钟，0.0代表没有微分作用7 i E3 m4 a# i4 M- w四、PID参数的作用7 e% _8 W% a) （1）比例调节的特点：1、调节作用快，系统一出现偏差，调节器立即将偏差放大K倍输出； 2、系统存在余差。( J! d/ e1 M. eK越小，过渡过程越平稳，但余差越大；K增大，余差将减小，但是不能完全消除余差，只能起到粗调作用，但是K过大，过渡过程易振荡，K太大时，就可能出现发散振荡。6 o+ + S# Z8 l2 U（2）积分调节的特点：积分调节作用的输出变化与输入偏差的积分成正比，积分作用能消除余差，但降低了系统的稳定性，T1由大变小时，积分作用由弱到强，消除余差的能力由弱到强，只有消除偏差，输出才停止变化。/ H; O4 T9 W) W4 w n! f（3）微分调节的特点：微分调节的输出是与被调量的变化率成正比，在引入微分作用后能全面提高控制质量，但是微分作用太强，会引起控制阀时而全开时而全关，因此不能把T2取的太大，当T2由小到大变化时，微分作用由弱到强，对容量滞后有明显的作用，但是对纯滞后没有效果。 4 x% k& 1 5 n6 c- Sv6 五、如果要知道控制回路的作用方式，可以进入控制回路的细目画面，进入下图所示页面：; x8 E! f/ Y i/ ?7 J4 R其中“CTLACTN”代表控制器作用方式，“REVERSE”表示反作用，“DIRECT”代表正作用。* W7 E% ; v% H8 t! x7 M$ - g4 l- _六、控制器的选择方法$ q+ C* Z( P7 Q, b# F- M（1）& N, O) Y. J, |& i! b0 a) u; P控制器的选择：它适用于控制通道滞后较小，负荷变化不大，允许被控量在一定范围内变化的系统；+ P/ r; O. U! g2 l4 v6 M4 B* a（2）* t5 C- H YpPI控制器的选择：它适用于滞后较小，负荷变化不大，被控量不允许有余差的控制系统；( i% O. e8 t2 u（3）! K# X! 6 E: t( f_- c PID控制器的选择：它适用于负荷变化大，容量滞后较大，控制质量要求又很高的控制系统，比如温度控制系统。% r. N7 tG7 uc. |+ 七、PID参数整定的方法6 8 ?( n/ ?) j: r# X一般在工程应用中采用经验凑试法。7 J8 K3 k0 P o经验凑试法在实践中最为实用。在整定参数时，必须认真观察系统响应情况，根据系统的响应情况决定调整那些参数。观察系统响应效果，可以通过查看控制回路细目画面中的实时趋势曲线，衰减曲线最好是4：1，即前一个峰值与后一个峰值的比值为4：1。% : q; ! E% b经验值：在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改，这里的P代表比例度，P1/K。* k7 J1 E T% D. 3 i参数范围6 C3 q8 K% 4 p控制系统. K0 j3 l/ m7 K% G1 t6 B5 X2 CP（1 / K）+ B& 3 I( L$ j! Lx6 RK) F1 e+ B8 : & T1 / Min, M1 7 Q5 T+ V8 F, XT2 / Min6 H* I0 B; I, T c液位# q) C# n L5 L4 |# 9 e20 80$ e m0 K+ F0 I5 i- U# v8 z1.25 5.0# 6 v% ( w/ 压力9 h2 ; n- x0 h7 J, I30 70 $ 0 N0 G p; Y9 r2 N 1.43 3.4& S1 N! K. d1 | r9 6 Y0.43* ; |- vb9 y# $ t x流量 E9 f% k( e. a8 s8 5 r+ 40 100 + T; S3 g; B9 cO1.0 2.5 I/ l5 g- tH0.11! z& x) q. C3 I温度8 q( 8 w/ e! T n2 s- a20 60 5 K/ l5 _4 C# k. h9 |1.7 56 F- F6 E+ x8 l. l* I310( O* Y9 b9 a; ?+ k0 d0.318 r8 F( 5 Y. V: q, O总之，在整定时不能让系统出现发散振荡，如出现发散振荡，应立即切为手动，等系统稳定后减小放大倍数、增大积分时间或减小微分时间，重新切换到自动控制。8 l5 |+ h( x; f/ D% O3 K放大倍数越小，过渡过程越平稳，但余差越大。放大倍数越大，过渡过程容易发生振荡。积分时间越小，消除余差就越快,但系统振荡会较大，积分时间越大，系统消除余差的速度较慢。微分时间太大，系统振荡次数增加，调节时间增加，微分太小，系统调节缓慢。: T- Z7 e! SA2 0 d3 h7 Z0 y控制器参数凑试法的步骤：. N: b( V9 9 v. K2 K( N8 I因为比例作用是基本的控制作用，因此，首先把比例度凑试好，待过渡过程已基本稳定，然后加积分作用消除余差，最后加入微分作用进一步提高控制质量，基本步骤如下：1 N4 B) j* X! I1 w1 Z5 c8 i( z- i( q （A）对P控制器，将放大倍数放在较小的位置，逐渐增大K，观察被控量的过渡过程曲线，直到曲线满意为止；; u x2 W4 l. b/ L （B）对PI控制器，先置T1=0，按纯比例作用整定放大倍数使之达到4：1衰减曲线；然后将K缩小（1020），将积分时间T1由大到小逐步加入，直到获得4：1衰减过程；, s5 W9 y7 # y ; H# T v7 f1 n（C）对PID控制器，将T20；先按PI作用凑试程序整定K，T1参数，然后将放大倍数增大到比原值大（1020）位置，T1也适当减小之后，再把T2由小到大逐步加入，观察过渡曲线，直到获得满意的过渡过程。1 l5 ( Z2 _6 ?3 N% B+ Z一句话：整定参数时要认真观察系统输出及被调量的变化情况，再根据具体情况适当修改PID参数。可以说，只要工艺技术员多花点时间，大多数控制系统采用PID调节都能满足要求。4 S( 1 o4 & P八、串极控制回路整定$ S0 _. I. 9 f$ k 串极控制回路的整定可以采用两步法，即先整定副回路，再整定主回路；也可以采用一步法，即同时整定主副回路。 B p M X9 P% 1 x7 |5 p( _（1）在采用一步法整定时副回路的经验值为以下值，一般副回路只采用比例控制：7 c1 - h; d4 副变量+ V3 m% |# A: B3 d9 M, e放大倍数（K） ! f; b( d 8 n, S# 比例度（P）1 _ v1 0 v9 y+ n6 i. t温度. q; W+ Y4 W/ j! ?; R# e5.0 1.7* C7 0 DU+ q20 60& u) k Y2 A! J压力 ) 3 Mg. ; U f u3.0 1.4) dY& : H6 H; _30 70%3 i( X# R* d$ V g7 p- s3 x8 |: ( l2 z5 7 Q# S5 S* c流量. y: j g P% n% T; v0 H8 k3 xz _% _3 z4 k% m; X, C# A5 2.5 1.256 . N; Y z- x/ r8 L+ u: r% L$ e$ 9 c7 V! z. R# a + u7 o9 V4 f2 j0 H) / I40% 80%& $ : A& h4 L% E8 2 C a$ U7 L+ N2 d- ( J/ W$ x $ p* S5 Z3 B0 ! e- G/ K5 X% ?4 t6 / c1 j t9 _: L液位& _ s. _5 / n1 * P4 N( S. L6 I1 X2 L7 P9 P, V& v6 R$ K& a) * V5.0 1.25; hZP. 6 j0 d: u6 A: j$ Uw* j- s . p% Z20% 80%1 r, d V4 N( l& P5 B9 N6 b8 T. p$ U# n , , P2 g. T( C6 a$ w 0 Q0 d/ y j D; c7 H9 7 Y1 O M$ A% F0 k+ l0 z2 j M( _$ v7 h: 6 5 x（2）将串极控制回路系统投入运行，然后按单回路控制系统参数整定方法，整定主控制器的参数；, o2 v/ ?! k- V* g j; Z7 x0 y V& i8 n% E! I Q5 Q$ H+ $ Z3 Q7 r& G8 H（3）如果在整定过程中出现“共振”，只需减小主、副控制器的放大倍数就可以消除，如果共振太剧烈，可先切换到手动，待生产稳定后，重新投运，重新整定。9 v$ 9 b( R ! |+ e! p w+ d$ a?. o+ X: N& H/ |& m9 C* I8 w* , F/ t; j6 k, S2 o) q8 o c. F( 7 % r 总之：P作用是最基本的控制作用，加入I作用后可做到无差控制，提高控制精度，加入D作用能全面提高控制质量。4 P0 j5 o7 e% D# : W$ T/ |6 q N6 I+ o$ E5 W; * + W* ; s, 1 HF4 W: W) t$ + P- / q5 d6 i7 Y& D3 M& F7 W3 % V6 N% 4 0 o3 p/ ! * c8 M3 e5 B& u- a1 M# S# A九、注意事项# q, v6 I. p6 tP1 Sk: J1 L( e4 U& C# ; g; v) X+ m- J- i0 C & W) L& 2 r/ s2 z% M( 9 J5 A% g（1）, J0 % X$ b+ Y6 c$ P8 r1 x, I参数整定前要先校验传感器和执行器，保证现场仪表是正常的，可以先手I& L0 T+ _5 G6 C E9 u0 B; B+ r8 6 I* g6 u. 1 B2 M. L k/ M; L) Z3 T: r$ Q3 u4 _& c/ 1 x|( od6 g+ V动控制试一下，手动状态测量参数应该是稳定可靠的。- i/ H& u! L3 u6 f# e3 Q0 c6 R) e0 y6 x/ s- B, W v- n. x4 w) g1 m% z9 R fD, V; X! d g( r2 x5 M（2）0 ! Z5 ?! R& W M# $ j0 c按经验值设定K参数，暂时关掉积分调节试着切换到自动观察阶跃响应，! c2 + _* A0 I( T$ o g5 2 O% e0 U, I% j7 X u) d! Y4 S Y0 B7 4 S/ G* T1 K7 Pq; - U; F) a0 F3 h2 o3 y* 5 V此时应特别注意控制器的输出，一定要判断一下回路是不是负反馈的（检查设计和接线是否有漏洞，新系统调试的时候会遇到这种情况，如：需要关开度的时候，调节器偏偏是放大开度）；! ? C7 w1 v; Q* x M; q) e2 S3 M- T/ M- g8 L O8 . o. ) n) a8 b. H9 D3 v7 A. C（3）. J0 7 g# G9 e d$ T% T8 h在整定参数时要保证工艺稳定，当影响到产品质量和工艺参数时要立即切% n. D9 h6 z7 L S. f6 1 B3 g! B M# 1 L% F$ s2 # B. y; v5 sU l5 & o5 Z& Y8 # X+ K2 P: ) j) i到手动控制，待工艺生产稳定后再投自动修改PID参数。3 b4 b( m6 F1 E# B2 o4 S; f. a0 F% E) # R. Z& V4 T dt% f/ G; + X0 r _# e& J, n, w8 b9 , V, u（4）* n W0 G) f/ 9 f% A. f3 b8 s* $ e如果是串级、比例控制回路，要先一个回路一个回路的整定，还应注意先$ m0 x. J0 0 p3 xB4 C- R3 t1 o, n0 EY6 _/ B8 i- C6 y, - M/ + W, K$ x$ X. v内环后外环的原则。% F4 F3 x0 5 m+ W7 Es0 s+ A) h2 u* T$ X! _/ C+ Y$ n/ v - Y ( c5 & F7 Y& C7 G6 N（5）/ r( k& R! g4 Y在手动切到自动的时候，要保证给定值与测量值近乎一致，但对于一联合, d/ G3 ) h* u2 | ; u! S/ J* C3 p: M6 I2 Y0 i: T9 s. v3 g9 tB( b+ & |) y7 z) hHoneywell DCS不存在这个问题，在手动时给定值是自动跟踪测量值的。 7 B3 S z% $ L9 q9 o$ , ( m; ) n9 D0 r2 , w1 s; s5 J, _; J+ o& M$ & W+ 9 K: S o# c! H* V$ _$ S! H. C$ p- Q6 C8 L4 I4 Z) M/ r9 A- U4 O: _6 * Vf十、PID参数整定速记法: U/ Z* r ?9 C4 s2 U5 T3 U3 O# l1 B7 A) Q& i# Y0 t* C1 g! D% S+ P+ F 1 ; w& E- P8 r. t1 ) B. k/ F) * L参数整定找最佳，从小到大顺序查2 X) H6 s/ : L9 n; 1 l2 I# G5 NN W% ! / 5 A1 r% u7 # b* |8 E0 _: m* bx1 w! T) w$ 1 V y先是比例后积分，最后再把微分加% R! D* p4 _1 4 ?$ 9 K/ O& g3 G, K! A3 i; M1 V2 6 T1 * z( l, n; t) H4 H4 |- R& ) x( f- o. i5 ?. K; H! w8 4 q4 k; Z曲线振荡很频繁，放大倍数要放小7 i. r4 t4 y1 k& _% H7 Z/ p: + ; P: c5 p: F9 d/ & Y j5 ( T& D E7 X0 g/ Y, * T+ 7 n( g曲线漂浮绕大湾，放大倍数往大扳6 x1 X& |8 8 z) c6 K4 b) 4 z) g6 V: F4 E+ F$ f0 T( W, B6 N$ D , F# S. A4 2 S* n, u; B l曲线偏离回复慢，积分时间往下降9 R+ M b) _3 S+ n, m- 0 8 m+ , n Q3 l! G; j, t) Q_. _- t6 u5 h/ b. W2 h+ L* E* d1 t9 C6 o% v+ T9 l 6 w) l曲线波动周期长，积分时间再加长: ( u; q( . , gX- ?4 ; 3 O u7 R8 rO7 , / m5 7 s) $ V+ E) bF% J/ j$ 4 h( Q6 D( l曲线振荡频率快，先把微分降下来4 R) x) L$ E Z k% pS7 , p( u2 p/ g# u0 P4 U& T: E; N* 8 - x7 l4 ?3 hfp- + S3 8 W# t9 z0 J6 m动差大来波动慢，微分时间应加长1 L; e& f+ - _) a: y% V& O) o* z) q- J( V* V# N7 A; S/ jU6 . I4 G) Y$ w1 S* e$ k- u4 y7 F3 Z理想曲线两个波，前高后低4比1% W/ O5 R0 s7 o1 E9 ) U! W$ X+ i4 N$ Y9 v5 t+ s: 3 D# lL( 8 O $ Z8 l! C3 L2 o8 y_3 pe- q7 b一看二调多分析，调节质量不会低- i8 Jj7 H( Xl _1 _