PID调节探讨(1)PPT课件

PID调节探讨,维护车间李宏2014年8月28日,.,Index,什么是PID,2,4,3,PID调节的前提条件,1,如何整定PID参数,整定系统需要注意的几个问题,.,PID调节的前提条件,.,PID调节的前提条件,上述是一个典型的单回路流量控制，现场检测元件将现场流量传送给PID控制器，得到现场流量值(PV值)，经变送器送至PID控制器的输入端，并与其给定值进行比较得到偏差值，调节器将此偏差计算发出控制信号，去改变调节阀的开度（OP值），使调节阀的开度增加或减少，从而使现场流量发生改变，趋向于给定值，以达到控制目的。,.,PID调节的前提条件,PV值来自于现场仪表回路,PID调节,OP值输出到调节阀,.,PID调节的前提条件,当PV值不能准确反映现场真实数值的时候，PID调节就会失去作用，相当于人的眼睛有了问题，走路自然会东倒西歪，甚至会摔跤。在这种情况下，一般要将调节阀变为手动操作模式，然后修理故障仪表回路，使其恢复正常。,.,PID调节的前提条件,PID的调节，最终是要控制调节阀的开度，来满足工艺生产的需要。当阀门出现故障的时候，也就无法来完成调节功能。这种情况下，一般是打侧线，然后修理阀门，使其恢复正常。,.,什么是PID,比例P,积分I,微分D,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,.,什么是PID,比例P：输入偏差乘以一个系数,积分I：对输入偏差进行积分运算,微分D：对输入偏差进行微分运算,PID调节,.,什么是PID,下面设计一个游戏，101米跑，游戏规则是，看谁能正好跑到101米,.,什么是PID,甲：以每步2米的速度匀速跑，结果跑到100米的时候，多跑一步就多出1米，他发现跑过了，反身又跑了1步就少了1米，周而复始，永远也不能正好跑到101米。这个1米就是所谓的静态误差，每秒2米就是比例P。,.,什么是PID,比例的特点：输出波动=被调量波动*比例增益比例曲线最简单，被调、输出一般般。顶点谷底同时刻，升降同时同拐点。波动周期都一样，静态偏差没法办。,.,什么是PID,.,什么是PID,关于比例的推论：对于正作用的调节系统，顶点、谷底均发生在同一时刻。对于负作用的调节系统，被调量的顶点就是输出的谷底，谷底就是输出的顶点。对于正作用的调节系统，被调量的曲线上升，输出曲线就上升；被调量曲线下降，输出曲线就下降。两者趋势完全一样。,.,什么是PID,关于比例的推论：对于负作用的调节系统，被调量曲线和输出曲线相对。波动周期完全一致。只要被调量变化，输出就变化；被调量不变化，不管静态偏差有多大，输出也不会变化。,.,什么是PID,乙：比较聪明，开始的时候是以每步2米的速度跑，跑到100米的时候，他发现还有1米就到了，所以他开始计算下一步跑多长距离，可能第一次没算准，还是过了101米，他反复跑、反复算了几次，终于能正好到了101米。这个计算过程，就是积分I，很明显，积分能消除静态误差乙喜欢耍小聪明，但是又离不开P,.,什么是PID,1,静差消除靠积分，能消静差就算稳。不管被调升或降，输出只管偏差存。,2,输入偏差等于零，输出才会不积分。积分不可加太强，干扰调节成扰因。,.,什么是PID,.,什么是PID,关于积分的推论：输出的升降与输入偏差的正负有关。输出的升降与被调量的大小无关。被调量不管怎么变化，输出始终不会出现阶跃扰动。输出曲线达到顶点的时候，必然是输入偏差等于零的时候。积分作用只是辅助比例作用进行调节，它仅仅是为了消除静态偏差。,.,什么是PID,丙：开始的时候也是以每步2米的速度跑，但是在跑的过程中，突然被告知终点延到119米，他更聪明，马上就加大步幅变为了每步4米（夸张一些），然后逐渐恢复到每步2米，学着乙的方法到达终点。这个突然加大步幅就是微分DD是一个懒鬼，但是又觉得自己有本事，只有有突发的大事的时候才出手，但是哪有那么多大事。,.,什么是PID,微分分辨最容易，输入偏差多注意。偏差不动微分死，偏差一动就积极。跳动之后自动回，微分时间管回归。系统若有大延迟，微分超前最适宜。,.,什么是PID,.,什么是PID,微分的应用,被调量是水位、气压、风压的调节系统不宜使用微分。它们本身的数值容易受各种因素影响，即使稳定的系统，被调量也很难稳定在一个数值。微分作用会因为被调量的小波动，使得输出大幅度来回动作，形成干扰，而且对执行机构也不利；系统有大迟延的情况下应使用微分。,.,什么是PID,比例作用：输出与输入曲线相似，不能消除余差,积分作用：只要输入有偏差输出就变化。不能独立存在,微分作用：输入有抖动输出才变化，且会猛变化。不能独立存在,.,什么是PID,几个基本概念,单回路：就是只有一个PID的调节系统。正作用：比方说一个水池有一个进水口和一个出水口，进水量固定不变，依靠调节出水口的水量调节水池水位。那么水位如果高了，就需要调节出水量增大，对于PID调节器来说，输出随着被调量增高而增高，降低而降低的作用，叫做正作用。,.,什么是PID,几个基本概念,负作用：还是这个水池，我们把出水量固定不变，而依靠调节进水量来调节水池水位。那么如果水池水位增高，就需要关小进水量。对于PID调节器来说，输出随着被调量的增高而降低的作用叫做负作用。动态偏差：在调节过程中，被调量和设定值之间的偏差随时改变，任意时刻两者之间的偏差叫做动态偏差。简称动差。,.,什么是PID,几个基本概念,静态偏差：调解趋于稳定之后，被调量和设定值之间还存在的偏差叫做静态偏差。简称静差。回调：调节器调节作用显现，使得被调量开始由上升变为下降，或者由下降变为上升。阶跃：被观察的曲线呈垂直上升或者下降，这种情况在异常情况下是存在的，比如人为修改数值，或者短路开路。,.,什么是PID,手动（MAN）,自动（AUTO）,串级（CAS）,PID工作模式,.,什么是PID,设定值（SP)作为比较判断依据,被调量（PV）波动曲线,PID输出（OP）,收集曲线,.,什么是PID,.,什么是PID,上图中的4条曲线的区别,红色曲线是在设定值没有变化、没有干扰的稳态条件下生成的调节曲线。蓝色的曲线是在红色曲线基础上，在10分钟时将液位设定值增大了10%，这时PID调节开始起作用，但是超调量较大，调节时间较长，调节效果不好。,.,什么是PID,上图中的4条曲线的区别,绿色的曲线是在蓝色曲线的基础上，更改了P（比例），由1更改为2，其他参数不变，可以看出，此时超调量降低，PID调节时间明显缩短，曲线很快就达到了稳态，调节效果趋好。紫色的曲线是在绿色曲线的基础上，更改了I（积分），由8更改为5，可以看出，超调量基本没变化，调节时间变快，PID调节效果较好。,.,什么是PID,从上述比较可以看出,对于一个立式储罐，在其他参数不变的条件下，如果将被控量（液位）变化了，而PID参数设置不合理，那么其PID调节性能将变差。当被控量（液位）设定值变大时，适当加大P（比例），调节时间明显缩短，超调量明显缩小，可获得较好的调节效果。,.,什么是PID,从上述比较可以看出,此时如果希望较快地消除调节余差，可以适当减小I（积分），获得较快的响应时间。,.,什么是PID,PID调节受哪些参数的影响,.,什么是PID,PID调节的应用,.,如何整定PID参数,比例P：P越大，调节作用越明显，同时会引起阀门输出的大幅变化，而造成振荡积分I：当比例不变时，积分时间越小，积分作用越强，消除余差较快，但积分时间过小，也容易导致系统振荡微分D：当比例不变时，微分时间越长，微分调节作用越强,.,如何整定PID参数,一大一小两个波，前后比例4:1,理想的调节效果,.,如何整定PID参数,不管是被调量还是调节输出，其曲线都不应该有强烈的周期特征。,理想的调节效果,.,如何整定PID参数,整定比例P对于一个简单的单回路调节系统，振荡周期是很有规律的，基本上呈正弦波形状，逐渐加大比例作用，一直到系统发生等幅震荡，然后在这个基础上适当减小比例作用即可，或者把比例增益乘以0.60.8，作为比例P,理想化的参数整定过程,.,如何整定PID参数,整定积分I结合上述调节比例P的过程，观察当设定值变化后，被调量多久之后开始有响应。记录下响应时间。然后在整定参数的时候，你所整定的系统的波动周期，大约是你记录响应时间的3-8倍,理想化的参数整定过程,.,如何整定PID参数,整定微分D慎重调整微分时间，只有在具有大延迟的调节回路（主要是温度调节回路）中才考虑使用微分调节，并且参数的整定要从小到大逐步加大,理想化的参数整定过程,.,如何整定PID参数,实际的参数整定过程,最后微分,再积分,先比例,.,如何整定PID参数,在整定比例作用的时候，积分作用先取消。比例作用从小到大逐渐增强，基本做到被调量周期性变化，阀门动作合理，此时就需要逐渐加强积分作用（积分时间从大变小），直到消除静差为止。对于某些具有明显延迟效应的回路，尤其是一些温度调节回路，还要逐渐增加一些微分作用。,实际的参数整定过程,.,整定系统需要注意的几个问题,执行机构动作次数,裕度问题,线性问题,.,整定系统需要注意的几个问题,执行机构动作次数,执行机构动作次数不能过频，幅度不易过大，过频、过大容易造成故障。动作次数和幅度与比例积分微分作用都有关系。关键还是看比例作用。一般来说，合适的比例使得系统波动较小，调节器的输出波动也就小，执行器波动也少，能明显地延长阀门的使用寿命。,.,整定系统需要注意的几个问题,裕度问题,调节系统要有一个合适的调节裕度。如果执行机构经常处于关闭或者开满状态，那么调节裕度就很小，调节质量就受到影响。,.,整定系统需要注意的几个问题,线性问题,我们希望在阀门的实际开度下，流量变化是均匀的，连续可调的。不同的调节阀都有其线性区，当调节阀工作于线性区时，调节灵敏、有效，反之，则会感觉到很难调。,.,整定系统需要注意的几个问题,线性问题,如何找到阀门的线性区参考仪表设计规定对于固有流量特性为等百分比（EQ%）的调节阀，最大操作流量下的阀门开度不超过95%；对于固有流量特性为线性（LINEAR）的调节阀，最大操作流量下的阀门开度不超过90%。,.,整定系统需要注意的几个问题,线性问题,如何找到阀门的线性区最小操作流量必须是完全可控的。通常情况下，固有流量特性为等百分比（EQ%）!的调节阀最小操作流量下的阀门开度不小于30%；固有流量特性为线性（LINEAR）的调节阀最小操作流量下的阀门开度不小于15%。,.,整定系统需要注意的几个问题,线性问题,综合以上，调节阀开度处于30%70%,.,主调：串级系统中，要调节被调量的那个PID