PID参数整定.ppt

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1、1 1PID参数整定u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。2 2PID参数整定uPID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

2、，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。u比例（P）控制u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-stateerror）。3 3PID参数整定u积分（I）控制u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（SystemwithSteady-stateError）。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

3、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。4 4PID参数整定u微分（D）控制u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。5 5PID参数整定u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

4、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。6 6PID参数整定u也就是说，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；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，主要适用于温度调节。使用微分调节可使系统收敛周期的时间缩

5、短，但微分时间太长也会引起振荡。7 7PID参数整定u常规的PID参数的整定方法主要有两大类,四种方法：1.理论计算整定法2.临界比例法3.衰减曲线法4.经验试凑法（反应曲线法）8 8PID参数整定uPID控制器的参数整定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,四种方法：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。9 9PID参数整定u二是工程整定方法，它主

6、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。1010PID参数自整定的方法uPID参数自整定的方法及实现近年来出现的各种DCS系统，一般都具有PID参数自整定功能。仪表在初次使用时，可通过自整定确定系统的最佳P、I、D调节参数，实现理想的调节控制。在自整定启动前，因为系统在不同设定值下整定的参数值不完全相同，应先将仪表的

7、设定值设置在要控制的数值上。在启动自整定后，仪表强制系统产生扰动，经过23个振荡周期后结束自整定状态。1111PID参数自整定的方法u仪表通过检测系统从超调恢复到稳态（测量值与设定值一致）的过度特性，分析振荡的周期、幅度及波形来计算仪表的最佳调节参数。理想的调节效果是，设定值应与测量值保持一致，可从动态（设定值变化或扰动）和稳态（设定值固定）两个方面来评价系统调节品质，通过PID参数自整定，能够满足大多数的系统。不同的系统由于惯性不同，自整定时间有所不同，从几分钟到几小时不等。1212PID参数整定u目前国内应用最为广泛的方法是经验试凑法，没有成本，但需要工程师丰富的现场调试经验；而国外应用最

8、为广泛的方法是软件自动整定法，方便、快捷、可靠。1313PID参数整定口诀u参数整定找最佳，从小到大顺序查u先是比例后积分，最后再把微分加u曲线振荡很频繁，比例度盘要放大u曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳u曲线偏离回复慢，积分时间往下降u曲线波动周期长，积分时间再加长u曲线振荡频率快，先把微分降下来u动差大来波动慢，微分时间应加长u理想曲线两个波，前高后低4比1u一看二调多分析，调节质量不会低1414PID参数整定uPID整定参数经验，对介质为流体（液体、气体）情况，PID整定参数参考如下：u1、对流量调节（F）：一般P=120200%，I=50100S，D=0S；u对防喘振系统：一般P=120

9、200%，I=2040S，D=1540Su2、对压力调节（P）：一般P=120180%，I=50100S，D=0S；u对放空系统：一般P=80160%，I=2060S，D=1540S；1515PID参数整定u对液位调节（L）：u大个容器（直径4米、高2米以上塔罐）：P=80120%，I=200900S，D=0S；u中个容器（直径2-4米、高1.5-2米塔罐）：一般P=100160%，I=80400S，D=0S；3）u小个容器（直径2米、高1.5米以下塔罐）：一般P=120300%，I=60200S，D=0S；u对温度调节（T）：一般P=120260%，I=50200S，D=2060S；u投自动

10、需要耐心观察、不断修正1616PID参数整定u用试凑法确定PID控制器参数u试凑法就是根据控制器各参数对系统性能的影响程度,边观察系统的运行,边修改参数,直到满意为止。u一般情况下,减小比例度会加快系统的响应速度,有利于减少静差。但过小的比例度会使系统有较大的超调,并产生振荡使稳定性变差。加大积分时间将减少积分作用,有利于减少超调使系统稳定,但系统消除静差的速度慢。1717PID参数整定u增加微分系数KD有利于加快系统的响应,是超调减少,稳定性增加,但对干扰的抑制能力会减弱。在试凑时,一般可根据以上参数对控制过程的影响趋势,对参数实行先比例、后积分、再微分的步骤进行整定。u比例部分整定。首先将

11、积分时间最大和微分系数KD取零,即取消微分和积分作用,采用纯比例控制。将比例度由大到小变化,观察系统的响应,直至速度快，且有一定范围的超调为止。如果系统静差在规定范围之内,且响应曲线已满足设计要求,那么只需用纯比例调节器即可。1818PID参数整定u积分部分整定。如果比例控制系统的静差达不到设计要求,这时可以加入积分作用。在整定时将积分时间由大逐渐减小,积分作用就逐渐增强,观察输出会发现,系统的静差会逐渐减少直至消除。反复试验几次,直到消除静差的速度满意为止。注意这时的超调量会比原来加大,应适当的加大一点比例度。1919PID参数整定u微分部分整定。若使用比例积分(PI)控制器经反复调整仍达不

12、到设计要求,或不稳定,这时应加入微分作用,整定时先将微分系数KD从零逐渐增加,观察超调量和稳定性,同时相应地微调比例系数KP、积分系数KI,直到满意为止2020PID参数整定u以下为DCS系统PID参数整定方法：比例度越大，表示比例控制作用越弱。(=1/Kp）减小比例度，会使系统的稳定性和动态性能变差，但可相应地减小余差，提高静态精度。比例度过小，即比例放大系数过大时，比例控制作用很强，系统有可能产生振荡；积分时间过小时，积分控制作用很强，易引起振荡；微分时间过大时，微分控制作用过强，易产生振荡。2121PID参数整定u现场凑试法:按照先比例（P）、再积分（I）、最后微分（D）的顺序。置调节器积分时间TI=，微分时间TD=0，在比例度按经验设置的初值条件下，将系统投入运行，整定比例度。求得满意的4：1过渡过程曲线。引入积分作用（此时应将上述比例度加大1.2倍）。将TI由大到小进行整定。若需引入微分作用时，则将TD按经验值或按TD=（1/31/4）TI设置，并由小到大加入。