pid调节探讨(1)

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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1

6、19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D D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

7、，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

8、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

9、（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

10、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

11、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.

12、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

13、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

14、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

15、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 叫做主调。 副调：串级系统中，输出直接去指挥阀门动作的那个PID 叫做副调。,串级调节回路,特点 串级模式下，主调的输出进入副调作为副调的设定值。 无扰切换：未投串级时，副调的设定值反推给主调的输出值,串级调节回路,如何投用 主调、副调都处于手动状态 将副调看做一个单PID，手动将工艺调稳 将副调投入到“自动”状态，整定其PID参数 将整个回路投入到“串级”状态 将主回路投入到“自动”状态，按照单回路PID 整定其PID参数,串级调节回路,Thank You !,DSCN,