PID参数整定PPTX页

1、pidpid参数整定参数整定2021-11-32pidpid调节广泛应用调节广泛应用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。化水平的一个重要标志。l至今在全世界过程控制中用的至今在全世界过程控制中用的84%84%仍是纯仍是纯pidpid调节器，若改进型包含在内则超过调节器，若改进型包含在内则超过90%)90%)l控制理论的发展也经历了控制理论的发展也经历了古典控制理论古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论现代控制理论和智能控制理论三个阶段。三个阶段。l自动控制系统可分为开环控制系统和闭环自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。控制

2、系统。2021-11-33pidpid控制技术控制技术lpidpid控制器问世至今已有近控制器问世至今已有近7070年历史，它以年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整其结构简单、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。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，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，和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用这时应用pidpid

3、控制技术最为方便。控制技术最为方便。2021-11-34注意注意l仿真系统所采用的仿真系统所采用的pidpid调节器与传统的工业调节器与传统的工业 pidpid调节器有所不同，各个参数之间相互隔调节器有所不同，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离，互不影响，因而用其观察调节规律十分方便。分方便。2021-11-35pid pid 三作用调节器三作用调节器l pidpid：proportional integral derivativeproportional integral derivativel pidpid控制控制对偏差信号对偏差信号e e(t(t) )进行比例、积分

4、和微分运算变换后形成的进行比例、积分和微分运算变换后形成的一种控制规律一种控制规律l 偏差偏差e e(t(t) =) =测量值（测量值（pvpv）- - 设定值（设定值（svsv）l 可调参数：可调参数：比例度比例度（p p）、）、 积分时间积分时间titi（i i）、微分时间）、微分时间tdtd（d d） tedtdtdettektudtip01 tedtdtdettektudtip01 tedtdtdettektudtip01 tedtdtdettektudtip01 tedtdtdettektudtip012021-11-36比例（比例（p p）控制）控制l 比例控制是一种最简比例控制是

5、一种最简单的控制方式。其控单的控制方式。其控制器的输出与输入误制器的输出与输入误差信号成差信号成比例关系比例关系。当仅有比例控制时系当仅有比例控制时系统输出统输出存在稳态误差存在稳态误差（steady-steady-state errorstate error）。）。 l 比例度减小比例度减小l 稳态误差减少稳态误差减少2021-11-37积分（积分（i i）控制）控制l 在积分控制中，控制器的输出在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的与输入误差信号的积分成正比积分成正比关系关系。对一个自动控制系统，。对一个自动控制系统，如果为了消除稳态误差，在控如果为了消除稳态误差，在控制器中必须引入制

6、器中必须引入“积分项积分项”。积分项对误差取决于时间的积积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而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加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，到等于零。因此，比例比例+ +积分积分(pi)(pi)控制器，可以使系统在进控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。入稳态后无稳态误差。 积分时间减小积分时间减小2021-11-38微分（微分（d d）控制）控制l 在微分控制中，控制器

7、的输出与输入误差信号的在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即微分（即误差的变化率）成正比关系误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差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）或有滞后在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)(delay)组件，具有组件，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办法是使抑制误差的作用的变化“超前超前”，即在误差接近，即在误差接近零时，抑制误差的

8、作用就应该是零。这就是说，在控制器零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入中仅引入“比例比例”项往往是不够的，项往往是不够的，比例项的作用仅是放比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项微分项”，它能预，它能预测误差变化的趋势，测误差变化的趋势，这样，具有比例这样，具有比例+ +微分的控制器，就微分的控制器，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，被控对象，比

9、例比例+ +微分微分(pd)(pd)控制器能改善系统在调节过程控制器能改善系统在调节过程中的动态特性中的动态特性。2021-11-39比例积分比例积分+ +微分控制微分控制2021-11-310pidpid各作用比较各作用比较2021-11-311pidpid参数对控制性能的影响参数对控制性能的影响l 控制器增益控制器增益 k kc c或比例度或比例度增益增益 k kc c 的增大（或比例度的增大（或比例度下降），使系统的下降），使系统的调节作用增强，但稳定性下降；调节作用增强，但稳定性下降；l 积分时间积分时间t ti i积分作用的增强（即积分作用的增强（即t ti i 积分时问积分时问下降

10、），使系统消下降），使系统消除余差的能力加强，但控制系统的稳定性下降；除余差的能力加强，但控制系统的稳定性下降；l 微分时间微分时间t td d 微分作用增强（即微分作用增强（即t td d 微分时间微分时间增大），增大），可可使系统的使系统的超前作用增强，稳定性得到加强，但超前作用增强，稳定性得到加强，但对对高频噪声高频噪声起放大作用起放大作用，主要适合于特性滞后较大的广义对主要适合于特性滞后较大的广义对象，如温度象，如温度对象对象等等。2021-11-312工业工业pidpid控制器的选择控制器的选择 *1、当工业对象具有当工业对象具有较大的滞后时，可引较大的滞后时，可引入微分作用；但如果

11、入微分作用；但如果测量噪声较大，则应测量噪声较大，则应先对测量信号进行一先对测量信号进行一阶或平均滤波。阶或平均滤波。2021-11-313常规常规pidpid参数设置指南参数设置指南l p p参数设置参数设置：l 如果不能肯定比例调节系数如果不能肯定比例调节系数p p应为多少应为多少, ,请先把请先把p p参参数设置大些数设置大些( (如如10030%),10030%),以避免投运时出现超调以避免投运时出现超调和振荡。和振荡。l 运行后视系统响应情况再逐步调整大小运行后视系统响应情况再逐步调整大小, ,充分发挥充分发挥比例作用的效果比例作用的效果, ,提高系统响应的快速性提高系统响应的快速性

12、, ,以既能以既能快速响应快速响应, ,又不出现超调或振荡为最佳又不出现超调或振荡为最佳. .注：注：首先整定好首先整定好p p参数参数, ,在整定在整定titi和和tdtd对它再微调对它再微调, ,以求系统的稳定快速响应。以求系统的稳定快速响应。2021-11-314常规常规pidpid参数设置指南参数设置指南l i i参数设置参数设置：l 如果不能肯定如果不能肯定titi积分时间为多少积分时间为多少, ,请先把请先把titi参数设参数设置大些置大些( (如如1800,ti1800,ti最大时为积分作用切除最大时为积分作用切除) )。l 系统投运后应先把比例调节系数系统投运后应先把比例调节系

13、数p p参数整定好。参数整定好。l 然后再把然后再把titi积分时间减小积分时间减小, ,增强积分作用。增强积分作用。l 观察系统的响应观察系统的响应, ,以系统能快速消除静差进入稳态，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。而不出现超调振荡满足工艺要求为最佳。2021-11-315常规常规pidpid参数设置指南参数设置指南ld d参数设置参数设置：l如果不能肯定微分时间如果不能肯定微分时间tdtd应为多少应为多少, ,请先把请先把微分时间微分时间tdtd设置为设置为0,0,都切除微分作用都切除微分作用. .系统系统投运后先调好投运后先调好p p参数和参数和i i参

14、数后参数后, ,再逐步增加再逐步增加微分时间微分时间td,td,以加入微分作用以加入微分作用, ,来改善系统来改善系统动态特性动态特性, ,超前作用增强超前作用增强. .以系系超调量小以系系超调量小不出现振荡为佳不出现振荡为佳( (多数系统可不加微分作多数系统可不加微分作用用) )。2021-11-316常用的常用的pidpid整定口诀整定口诀l 参数整定找最佳，参数整定找最佳，从小到大顺序；从小到大顺序；l 先是比例后积分，最后再把微分加；先是比例后积分，最后再把微分加；l 曲线振荡很频繁，比例度盘要放大；曲线振荡很频繁，比例度盘要放大；l 曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳；曲线漂浮绕大湾，比

15、例度盘往小扳；l 曲线偏离回复慢，积分时间往下降；曲线偏离回复慢，积分时间往下降；l 曲线波动周期长，积分时间再加长；曲线波动周期长，积分时间再加长；l 曲线振荡频率快，先把微分降下来；曲线振荡频率快，先把微分降下来；l 动差大来波动慢。微分时间应加长；动差大来波动慢。微分时间应加长；l 理想曲线两个波，前高后低理想曲线两个波，前高后低4 4比比1 1；l 一看二调多分析，调节质量不会低。一看二调多分析，调节质量不会低。2021-11-317目前状况目前状况 pidpid控制及其控制器或智能控制及其控制器或智能pidpid控制器（仪控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到表）已经很多，产

16、品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的了广泛的应用，有各种各样的pidpid控制器产控制器产品，各大公司均开发了品，各大公司均开发了具有具有pidpid参数自整定参数自整定功能的智能调节器功能的智能调节器(intelligent (intelligent regulator)regulator)，其中，其中pidpid控制器参数的自动调控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。法来实现。2021-11-318开环控制系统开环控制系统l开环控制系统开环控制系统(open-loop control system)(open-loop

17、 control system)是是指被控对象的输出指被控对象的输出( (被控制量被控制量) )对控制器对控制器(controller)(controller)的输出没有影响。的输出没有影响。2021-11-319闭环控制系统闭环控制系统l 闭环控制系统闭环控制系统(closed-loop control system)(closed-loop control system)的特点是系的特点是系统被控对象的输出统被控对象的输出( (被控制量被控制量) )会反送回来影响控制器的输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出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈

18、和负反馈，若馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈( negative feedback)( negative feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。般闭环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，通过不

19、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，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，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。并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。2021-11-320pidpid控制器参数整定的方法（两大类）控制器参数整定的方法（两大类）l 理论计算整定法理论计算整定法：主要是依据系统的数学模型，：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。这种方法所得到经过理论计算确定控制器

20、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。际进行调整和修改。l 工程整定方法工程整定方法：主要依赖工程经验，直接在控制：主要依赖工程经验，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。工程实际中被广泛采用。pidpid控制器参数的工程整控制器参数的工程整定方法，主要有定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减临界比例法、反应曲线法和衰减法。法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试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

21、制器参数进行整验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。定。2021-11-321注意注意l pidpid参数的设定：是靠经验及工艺的熟悉，和对控参数的设定：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，来逐步调整线的变化状况，来逐步调整p/i/dp/i/d参数的大小。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。要在实际运行中进行最后调整与完善。l pidpid参数与控制对象和控制方案有关。参数与控制对象和控制方案有关。2

22、021-11-322传热设备传热设备( (器器) )的控制的控制l 被控变量被控变量 (1)(1)被加热被加热/ /冷却介质的温度（无相变）冷却介质的温度（无相变）, ,如热交换器如热交换器. . (2) (2)被加热被加热/ /冷却所需的热量（有相变），如精馏塔底再沸冷却所需的热量（有相变），如精馏塔底再沸器的蒸发量。器的蒸发量。l 控制变量控制变量 (1)(1)调载热体的流量；调载热体的流量； (2)(2)调节传热平均温差；调节传热平均温差； (3)(3)调传热面积；调传热面积； (4)(4)将工艺介质分路，一路经换热，另一路走旁路。将工艺介质分路，一路经换热，另一路走旁路。2021-11

23、-323传热器的控制方案传热器的控制方案1 1 被加热的工艺介质流量比较平稳且对出口温度要被加热的工艺介质流量比较平稳且对出口温度要求一般时求一般时, ,取加热蒸汽流量取加热蒸汽流量( (或压力或压力) )作为被控变量。作为被控变量。2021-11-324传热器的控制方案传热器的控制方案2 2调节载热体蒸汽流量调节载热体蒸汽流量调节传热平均温差调节传热平均温差, ,( (通过调节氨气量以改变液氨蒸发压力通过调节氨气量以改变液氨蒸发压力与对应的平衡温度与对应的平衡温度, ,进而改变间壁两侧的平均温差。进而改变间壁两侧的平均温差。) )2021-11-325传热器的控制方案传热器的控制方案3 32

24、021-11-326传热器的控制方案传热器的控制方案4 42021-11-327pidpid参数整定经验法参数整定经验法 l 这种方法实质上是一种这种方法实质上是一种试凑法试凑法，它是在生产实践中总结出来的行之有，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。效的方法，并在现场中得到了广泛的应用。l 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

25、响应曲线。若认为控制质量不值），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。这样反复试验，直到满意为止。复试验，直到满意为止。 l 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。当采用面性。当采用pidpid调节器时，有多个整定参数，反复试凑的次数增多，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。不易得到最佳整定参数。2021-11-328各种调节系统中各种调节系统中p

26、 p、i i、d d参数经验数据参数经验数据l温度温度t: p=2060%,t=180600s,d=3-180st: p=2060%,t=180600s,d=3-180s。l压力压力p: p=3070%,t=24180sp: p=3070%,t=24180s。l液位液位l: p=2080%,t=60300sl: p=2080%,t=60300s。l流量流量l: p=40100%,t=660sl: p=40100%,t=660s。2021-11-329经验法经验法l 流量系统流量系统: :典型的快过程典型的快过程, ,宜用宜用pi,pi,且比例度要大且比例度要大, ,积分时间积分时间可小。可小。

27、l 液位系统液位系统: :对只需实现平均液位控制的地方对只需实现平均液位控制的地方, ,宜用纯比例宜用纯比例, ,比例度要大。比例度要大。l 压力系统压力系统: :过程有快的过程有快的, ,接近流量接近流量, ,也有慢的也有慢的, ,接近温度。接近温度。2021-11-330经验法经验法l 温度系统温度系统: :对间接加热的温度系统对间接加热的温度系统, ,因为测量变送因为测量变送滞后和热传滞后滞后和热传滞后, ,所以很缓慢所以很缓慢. .比例度设置范围约比例度设置范围约202060%,60%,但还与温度变送器量程范围和调节伐的但还与温度变送器量程范围和调节伐的尺寸有关尺寸有关, ,一般积分时

28、间较大一般积分时间较大, ,微分时间约是积分微分时间约是积分时间的四分之一。时间的四分之一。2021-11-331临界比例度法临界比例度法1 1、先切除、先切除pidpid控制器中的积分与微分作用，取比例增益控制器中的积分与微分作用，取比例增益k kc c较较 小值，并投入闭环运行。小值，并投入闭环运行。2 2、将、将k kc c由小到大变化，对应于某一由小到大变化，对应于某一k kc c值作小幅度的设定值阶值作小幅度的设定值阶 跃响应，直至产生等幅振荡。跃响应，直至产生等幅振荡。3 3、设等幅振荡时振荡周期为、设等幅振荡时振荡周期为t tcrcr、控制器增益、控制器增益k kcrcr ，再根

29、据，再根据 控制器类型选择以下控制器类型选择以下pidpid参数参数。控制规律控制规律kctitdp0.5kcrpi0.45kcr0.83tcrpid0.6kcr0.5tcr0.12tcr2021-11-332临界比例度法临界比例度法pidpid控制器参数的整定在闭环的情况下步骤如下：控制器参数的整定在闭环的情况下步骤如下：(1)(1)首先将微分和积分作用全部除去。首先将微分和积分作用全部除去。(2)(2)仅加入比例作用，比例增益仅加入比例作用，比例增益kckc由小到大的变化由小到大的变化, ,对应于某一对应于某一kckc值作小值作小幅度的设定值阶跃扰动幅度的设定值阶跃扰动. .以获得临界情况

30、下的等幅振荡以获得临界情况下的等幅振荡。比时。比时, ,可可获得获得临界振荡周期临界振荡周期pcpc和临界比例增益和临界比例增益kcmaxkcmax。(3)(3)通过公式计算得到通过公式计算得到pidpid控制器的参数。控制器的参数。2021-11-333其它方法其它方法l衰减振荡法衰减振荡法l响应曲线法响应曲线法2021-11-334调节回路投自动前准备工作注意点调节回路投自动前准备工作注意点1 1、pidpid正正/ /反作用确认反作用确认, ,保证调节动作正确。保证调节动作正确。2 2、记住正常操作状态下、记住正常操作状态下, ,手动时的输出手动时的输出mvmv值及其变化范围。值及其变化

31、范围。3 3、设定好、设定好自动输出自动输出mvmv值的上下限幅值设定值的上下限幅值设定, ,能限制自动时能限制自动时mvmv 波动范围波动范围, ,能避免测量值的过度波动。能避免测量值的过度波动。4 4、调节回路测量值变化率和滤波时间的设定。调节回路测量值变化率和滤波时间的设定。5 5、输出输出mvmv值变化率的设定。值变化率的设定。6 6、串级控制先付环后主环投运、串级控制先付环后主环投运 ，主环，主环mvmv输出的限幅设定输出的限幅设定, , 副回路副回路svsv设定值的限幅设定应互相匹配。设定值的限幅设定应互相匹配。7 7、在新装置水运、油运期间、在新装置水运、油运期间, ,争取做好上

32、述的准备工作争取做好上述的准备工作, ,初初 步确定步确定pidpid参数整定的范围参数整定的范围2021-11-335运行中运行中pidpid整定参数更换整定参数更换l间歇生产过程中间歇生产过程中, ,由于控制对象特性改变由于控制对象特性改变, , 应利用程序进行应利用程序进行pidpid整定参数更换。整定参数更换。l连续生产过程中连续生产过程中, ,因生产负荷因生产负荷, ,工艺设备和工艺设备和环境条件的变化环境条件的变化, ,为保证回路调节质量为保证回路调节质量pidpid整定参数也要作更换。整定参数也要作更换。2021-11-336pidpid参数整定的区分参数整定的区分l 常规常规pidpid参数整定方法及智能参数整定方法及智能pidpid参数整定方