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1、PID参数整定方法*PID调节广泛应用l 工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个 重要标志。 l 至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器，若 改进型包含在内则超过90%)。 l 控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论 和智能控制理论三个阶段。 l 自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。Date2PID控制技术l 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。 l 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
2、靠经验和现场调试来确定， 这时应用PID控制技术最为方便。Date3l 仿真系统所采用的PID调节器与传统的工业 PID调节器 有所不同，各个参数之间相互隔离，互不影响，因而用 其观察调节规律十分方便。Date4PID 三作用调节器l PID：Proportional Integral Derivative l PID控制：对偏差信号e(t)进行比例、积分和微分运算 变换后形成的一种控制规律。 l 偏差e(t) =测量值（PV）- 设定值（SV） l 可调参数：比例度（P）、 积分时间Ti（I）、微分 时间Td（D） ()()( )() +=tedtdTdeTteKtudtip01ttDate
3、5比例（P）控制l 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） l 比例度减小 l 稳态误差减少Date6积分（I）控制l 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
4、使系统在 进入稳态后无稳态误差。积分时间减小Date7微分（D）控制l 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
5、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。Date8比例积分+微分控制Date9PID各作用比较Date10PID参数对控制性能的影响l 控制器增益 Kc或比例度 增益 Kc 的增大（或比例度下降），使系统的调节作 用增强，但稳定性下降； l 积分时间Ti 积分作用的增强（即Ti 积分时问下降），使系统消除余差 的能力加强，但控制系统的稳定性下降； l 微分时间Td 微分作用增强（即Td 微分时间增大），可使系统的超前作 用增强，稳定性得到加强，但对高频噪声起放大作
6、用， 主要适合于特性滞后较大的广义对象，如温度对象等。Date11工业PID控制器的选择*1、当工业对象具有较 大的滞后时，可引入微 分作用；但如果测量噪 声较大，则应先对测量 信号进行一阶或平均滤 波。Date12常规PID参数设置指南P参数设置： 1、如果不能肯定比例调节系数P应为多少,请先把P参数设 置大些(如10030%),以避免投运时出现超调和振荡。 2、运行后视系统响应情况再逐步调整大小,充分发挥比例 作用的效果,提高系统响应的快速性,以既能快速响应, 又不出现超调或振荡为最佳. 注：首先整定好P参数,在整定Ti和Td对它再微调,以求系统 的稳定快速响应。Date13常规PID参数
7、设置指南I参数设置： 1、如果不能肯定TI积分时间为多少,请先把Ti参数设置大 些(如1800,Ti最大时为积分作用切除)。 2、系统投运后应先把比例调节系数P参数整定好。 3、然后再把Ti积分时间减小,增强积分作用。 4、观察系统的响应,以系统能快速消除静差进入稳态，而 不出现超调振荡满足工艺要求为最佳。Date14常规PID参数设置指南D参数设置： 如果不能肯定微分时间Td应为多少,请先把微分时间Td设置 为0,都切除微分作用.系统投运后先调好P参数和I参数后, 再 逐步增加微分时间Td,以加入微分作用,来改善系统动态特 性, 超前作用增强.以系系超调量小不出现振荡为佳(多数系统 可 不加
8、微分作用)。Date15常用的PID整定口诀参数整定找最佳，从小到大顺序；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。Date16目前状况PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多 ，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样 的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整 定功能的智能调节器(intelligent regula
9、tor)，其中 PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正 、自适应算法来实现。Date17开环控制系统开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象 的 输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。Date18闭环控制系统l 闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是 系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器 的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈 和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为 负反馈( Negative Feedback)，若极性相同，则称为正 反馈，一般闭环
10、控制系统均采用负反馈，又称负反馈控 制系统。 l 闭环控制系统的例子很多：比如人就是一个具有负反馈 的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系 统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没 有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系 统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查 衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是 一个闭环控制系统。Date19PID控制器参数整定的方法（两大类）l 理论计算整定法：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。 l 工程整定方法：主要依赖工程
11、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。Date20l PID参数的设定：是靠经验及工艺的熟悉，和对控制质 量的要求有关；应根据测量值跟踪设定值曲线的变化状 况，来逐步调整P/I/D参数的大小。 l 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。 l PID参数与控制对象和控制方案有关。Date21传热设备(器)的控制l 被控变量(1)被加热/冷却介质的温度（无
12、相变）,如热交换器.(2)被加热/冷却所需的热量（有相变），如精馏塔底再 沸器的蒸发量。 l 控制变量(1)调载热体的流量；(2)调节传热平均温差；(3)调传热面积；(4)将工艺介质分路，一路经换热，另一路走旁路。Date22PID参数整定经验法这种方法实质上是一种试凑法，它是在生产实践中总结 出来的行之有效的方法，并在现场中得到了广泛的应用 。这种方法的基本程序是先根据运行经验，确定一组调节 器参数，并将系统投入闭环运行，然后人为地加入阶跃 扰动（如改变调节器的给定值），观察被调量或调节器 输出的阶跃响应曲线。若认为控制质量不满意，则根据 各整定参数对控制过程的影响改变调节器参数。这样反 复
13、试验，直到满意为止。经验法简单可靠，但需要有一定现场运行经验，整定时 易带有主观片面性。当采用PID调节器时，有多个整定 参数，反复试凑的次数增多，不易得到最佳整定参数。Date23各种调节系统中P、I、D参数经验数据l 温度T: P=2060%,T=180600s,D=3180s。 l 压力P: P=3070%,T=24180s。 l 液位L: P=2080%,T=60300s。 l 流量L: P=40100%,T=660s。Date24经验法l 流量系统:典型的快过程,宜用PI,且比例度要大,积分时 间可小。 l 液位系统:对只需实现平均液位控制的地方,宜用纯比例 ,比例度要大。 l 压力
14、系统:过程有快的,接近流量,也有慢的,接近温度。Date25经验法l 温度系统:对间接加热的温度系统,因为测量变送滞后和 热传滞后,所以很缓慢.比例度设置范围约2060%,但还 与温度变送器量程范围和调节伐的尺寸有关,一般积分 时间较大,微分时间约是积分时间的四分之一。Date26临界比例度法1、先切除PID控制器中的积分与微分作用，取比例增益KC 较 小值，并投入闭环运行。 2、将KC由小到大变化，对应于某一KC值作小幅度的设定值 阶 跃响应，直至产生等幅振荡。 3、设等幅振荡时振荡周期为Tcr、控制器增益Kcr ，再根据 控制器类型选择以下PID参数。控制规律KcTiTdP0.5KcrPI
15、0.45Kcr0.83TcrPID0.6Kcr0.5Tcr0.12TcrDate27临界比例度法PID控制器参数的整定在闭环的情况下步骤如下： (1)首先将微分和积分作用全部除去。 (2)仅加入比例作用，比例增益Kc由小到大的变化,对应于某一Kc值作 小幅度的设定值阶跃扰动.以获得临界情况下的等幅振荡。比时,可 获得临界振荡周期Pc和临界比例增益Kcmax。 (3)通过公式计算得到PID控制器的参数。Date28其它方法l 衰减振荡法（4：1或10：1） l 响应曲线法Date29调节回路投自动前准备工作注意点1、PID正/反作用确认,保证调节动作正确。 2、记住正常操作状态下,手动时的输出M
16、V值及其变化范围 。 3、设定好自动输出MV值的上下限幅值设定,能限制自动时 MV波动范围,能避免测量值的过度波动。 4、调节回路测量值变化率和滤波时间的设定。 5、输出MV值变化率的设定。 6、串级控制先付环后主环投运 ，主环MV输出的限幅设定,副回路SV设定值的限幅设定应互相匹配。 7、在新装置水运、油运期间,争取做好上述的准备工作,初步确定PID参数整定的范围。 Date30运行中PID整定参数更换l 间歇生产过程中,由于控制对象特性改变, 应利用程序 进行PID整定参数更换。 l 连续生产过程中,因生产负荷,工艺设备和环境条件的变 化,为保证回路调节质量PID整定参数也要作更换。Date31谢谢大家！*
