过程控制系统PID控制器的参数整定课件

1、过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定1 过程控制系统 pid控制器的参数整定过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定2内容回顾n单回路控制系统的组成单回路控制系统的组成过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定3n掌握掌握pid控制规律的选取原则控制规律的选取原则;n掌握掌握单回路单回路pid控制器的参数整定方法控制器的参数整定方法;n了解了解pid控制器的控制器的“防积分饱和防积分饱和”技术。技术。l 重点：重点：本章基本要求过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定4pid控制器的基本原理过程控制系统过

2、程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定5比例度过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定6kc对控制系统性能的影响过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定7kc对控制系统性能的影响过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定8ti对控制系统性能的影响过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定9控制器的正反作用过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定10pid控制器的物理意义讨论n对于一般的自衡过程，当设定值或扰动发生阶对于一般的自衡过程，当设定值或扰动发生阶路变化时，为什么采用纯比例

3、控制器会存在稳路变化时，为什么采用纯比例控制器会存在稳态余差？态余差？n引入积分作用的目的是什么，为什么引入积分引入积分作用的目的是什么，为什么引入积分作用会降低闭环控制系统的稳定性？作用会降低闭环控制系统的稳定性？n引入微分作用的目的是什么，为什么实际工业引入微分作用的目的是什么，为什么实际工业过程中应用并不多？过程中应用并不多？过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定11pid参数对控制性能的影响n控制器增益控制器增益 kc或比例度或比例度 增益增益 kc 的增大（或比例度的增大（或比例度下降），使系统的调节作用增强，下降），使系统的调节作用增强，但稳定性下降；但稳定

4、性下降；n积分时间积分时间ti 积分作用的增强（即积分作用的增强（即ti 下降），使系统消除余差的能力加强，下降），使系统消除余差的能力加强，但控制系统的稳定性下降；但控制系统的稳定性下降；n微分时间微分时间td 微分作用增强（即微分作用增强（即td 增大），增大），可可使系统的超前作用增强，稳定使系统的超前作用增强，稳定性得到加强，但性得到加强，但对对高频噪声起放大作用高频噪声起放大作用，主要适合于特性滞后较大的主要适合于特性滞后较大的广义对象，如温度广义对象，如温度对象对象等等。过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定12工业pid控制器的选择*1：当工业对象具当工业

5、对象具有较大的滞后时，有较大的滞后时，可引入微分作用；可引入微分作用；但如果测量噪声较但如果测量噪声较大，则应先对测量大，则应先对测量信号进行一阶或平信号进行一阶或平均滤波。均滤波。过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定13pid工程整定法1-经验法过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定14工程整定法2-临界比例度法（1）先将切除）先将切除pid控制器中的积分与微分作用，控制器中的积分与微分作用，取比例增益取比例增益kc较小值，并投入闭环运行；较小值，并投入闭环运行；（2）将）将kc由小到大变化，对应于某一由小到大变化，对应于某一kc值作小值作小

6、幅度的设定值阶跃响应，直至产生等幅振荡；幅度的设定值阶跃响应，直至产生等幅振荡；（3）设等幅振荡时振荡周期为）设等幅振荡时振荡周期为tcr、控制器增益、控制器增益kcr ，再根据控制器类型选择以下，再根据控制器类型选择以下pid参数参数。控制规律控制规律kctitdp0.5kcrpi0.45kcr0.83tcrpid0.6kcr0.5tcr0.12tcr过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定15工程整定法3-响应曲线法n临界比例度法的局限性：临界比例度法的局限性： 生产过程有时不允许出现等幅振荡，或者无生产过程有时不允许出现等幅振荡，或者无法产生正常操作范围内的等幅振荡

7、。法产生正常操作范围内的等幅振荡。n响应曲线法响应曲线法pid参数整定步骤：参数整定步骤：（1）在手动状态下，改变控制器输出（通常采）在手动状态下，改变控制器输出（通常采用阶跃变化），记录被控变量的响应曲线；用阶跃变化），记录被控变量的响应曲线；（2）由开环响应曲线获得单位阶跃响应曲线，）由开环响应曲线获得单位阶跃响应曲线，并求取并求取 “广义对象广义对象”的近似模型与模型参数；的近似模型与模型参数；（3）根据控制器类型与对象模型，选择）根据控制器类型与对象模型，选择pid参数参数并投入闭环运行。在运行过程中，可对增益作调并投入闭环运行。在运行过程中，可对增益作调整。整。过程控制系统过程控制系

8、统pid控制器的参数整控制器的参数整定定16tt0u(t)y(t)y0y1u0u1t0t3t1t2tpsppestksusy1)()(minmax01minmax01uuuuyyyyk响应曲线 对象的近似模型：对象的近似模型：ymin, ymax为为cv的测量范围；的测量范围；umin, umax为为mv的变化范围，对于阀位的变化范围，对于阀位开度通常用开度通常用0100%表示。表示。而增益为：而增益为：过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定17ziegler-nichols参数整定法n特点：适合于存在明显纯滞后的自衡对象，而且广义特点：适合于存在明显纯滞后的自衡对象，

9、而且广义对象的阶跃响应曲线可用对象的阶跃响应曲线可用“一阶一阶+纯滞后纯滞后”来近似来近似。n整定公式：整定公式：控制规律kctitdppptk1pipptk19.03 .3pidpptk12.10 .25 .0过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定18响应曲线法举例假设测量范围为假设测量范围为200 400 ,kp = 1.75, tp = 10 min, = 7 min.kc = 0.98, ti = 14 min, td = 3.5 min.%5u过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定19单回路系统的“积分饱和”问题ud(t)广义对象y(t

10、)ysp(t)stkic11v问题问题：当存在大的外部扰动时，很有可能出现控制阀调当存在大的外部扰动时，很有可能出现控制阀调节能力不够的情况，即使控制阀全开或全关，仍不能消节能力不够的情况，即使控制阀全开或全关，仍不能消除被控输出除被控输出y(t)与设定值与设定值ysp(t)之间的误差。此时，由于之间的误差。此时，由于积分作用的存在，使调节器输出积分作用的存在，使调节器输出u(t)无限制地增大或减少，无限制地增大或减少，直至达到极限值。而当扰动恢复正常时，由于直至达到极限值。而当扰动恢复正常时，由于u(t)在可调在可调范围以外，不能马上起调节作用；等待一定时间后，系范围以外，不能马上起调节作用

11、；等待一定时间后，系统才能恢复正常。统才能恢复正常。过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定20积分饱和示例过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定21单回路系统积分饱和现象举例过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定22单回路系统积分饱和仿真结果过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定23单回路系统的防积分饱和原理d(t)广义对象y(t)ysp(t)vkce(s)11sti讨论讨论：正常情况为标准的正常情况为标准的pi控制算法；控制算法；而当出现超限时，自动切除积分作用。而当出现超限时，自动切除积分作用。

12、过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定24积分外反馈过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定25积分分离过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定26pid控制器的作用过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定27pid控制器的作用(续)过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定28pid控制器参数整定的基本原则过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定29pid控制器参数整定的基本原则（续）过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定30pid控制器参数整定的基本原则（续）过程控制系统过程控制系统pid控制器的参数整控制器的参数整定定31pid控制器参数整定的基本原则（续）过