PID参数调节原理和整定方法.ppt

1、PID参数调节原理和整定方法,乙烯厂仪表车间,总貌,PID控制概述 P比例调节 I积分调节 D微分调节 什么样的PID参数为最佳 CS3000系统PID参数整定方法 FOXBRO系统PID参数整定方法 总结,PID控制概述,什么是PID控制? 它是比例、积分和微分控制的简称：Proportional-Integral-Differential Controller 反馈控制 根据偏差进行的控制,PID调节器,阀门,被控对象,测量变送器,设定值,偏差,P比例调节,P：比例调节 在P调节中，调节器的输出信号u与偏差信号e成比例， 即 u = Kc e （kc称为比例增益） 但在实际控制中习惯用增益

2、的倒数表示 =1 / kc (称为比例带) 不同的DCS使用不同的参数作为P的调节参数，以CS3000为例，选用 比例带为调节参数，单位。可以理解为： 若测量仪表的量程为100则50% 就表示被调量需要变化50才能使调节阀从全关到全开。值越大，作用越弱，值越小，作用越强。,P比例调节,（a） 越大 调节阀的动作幅度小，变化平稳，甚至无超调，但余差大，调节时间长。 （b） 减小 调节阀动作幅度加大，被调量来回波动，余差减小。 （c） 进一步减小 被调量波动加剧 （d） 为临界 被调量等幅振荡波动 （e） 小于临界 被调量法散振荡,P比例调节,P比例调节特点 比例调节反应速度快，输出与输入同步，没

3、有时间滞后，其动态特性好。 比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。 P的一般选取范围 压力调节： 3070% 流量调节： 60300% 液位调节： 40100% 温度调节： 4080%,I积分调节,I：积分调节 一般用于控制系统的准确性，消除余差。 对于同一偏差信号，积分常数越大，表示积分调节作用越强；积分常数就表示了积分作用的大小。 积分常数的倒数叫积分时间，用TI表示。,不同的DCS使用不同的参数作为I的调节参数，以CS3000为例，选用积分时间为调节参数，单位：s。可以理解为：值越大，作用越弱。一般不单独使用纯积分调节器,I积分调节,只要偏差不为零，控制输出就不为零，它

4、就要动作到把被调量的静差完全消除为止，积分调节的特性就是无差调节。 积分速度大，调节阀的速度加快，但系统的稳定性降低，当积分速度大到超过某一临界值时，整个系统变为不稳定。,I积分调节,积分速度对调节过程的影响,增大积分速度 调节阀的速度加快，但系统稳定性降低 当积分速度达到并超过临界值时，整个系统变为不稳定，发散震荡过程。 减小积分速度 调节阀的速度减慢，系统稳定性增加，但调节速度变慢 无论增大还是减小积分速度，被调量最后都没有余差。,I积分调节,比例调节和积分调节的比较： 积分调节可以消除静差。但对比例调节来说，当被调参数突然出现较大的偏差时，调节器能立即按比例地把调节阀的开度开得很大，但积

5、分调节器就做不到这一点，它需要一定的时间才能将调节阀的开度开大或减小，因此，积分调节会使调节过程非常缓慢。总之，比例调节能及时进行调节，积分调节可以消除静差。 但它的输出有段积累过程，过渡过程进行的十分缓慢，如果系统干扰作用频繁，更显得十分乏力，单独的积分调节系统较罕见，它作为一种辅助调节规律与比例调节一起组成比例积分调节规律。,P与I调节过程的比较,PI调节,比例积分调节(PI调节) 积分调节可以消除静差,但有滞后现象，比例调节没有滞后现象，但存在静差。 PI调节就是综合P、I两种调节的优点，利用P调节快速抵消干扰的影响，同时利用I调节消除残差。一般在P调节的基础上增加I调节需适当减少比例作

6、用，增大比例度,D微分调节,D：微分调节 微分调节一般只与偏差的变化成比例，偏差变化越剧烈，调节输出作用越强。从而及时抑制偏差增长，提高系统稳定性。 微分调节主要用于调节对象有大的传递滞后和容量滞后。（例如温度与大容量液位） 微分一般用微分时间表示，单位S，用TD表示。在实际使用过程中，值越大作用越强。,要注意，微分调节器不能单独作用，必须配合使用，并且微分调节无法消除余差，只对偏差变化速度有反应，与偏差大小无关。,纯P作用下的阶跃响应,纯P调节为有差调节 比例作用越强，稳态误差越小，响应快，但超调大,PI作用下的阶跃响应,引入积分，消除了余差 积分作用越强，响应速度越快，超调大，振荡加剧,P

7、I作用下的阶跃响应,在同样积分作用下，减小比例作用，可增加系统稳定。,PD作用下的阶跃响应,引入微分项，提高了响应速度，增加了系统的稳定性，但不能消除系统余差,PD作用下的阶跃响应,相同比例作用情况下，微分作用越强，响应速度越快，系统越稳定,PID作用下的阶跃响应,PD的基础上引入积分项，就能达到理想的性能指标，针对不同的调节回路，需要的指标不一样，因此引入的调节参数也就不一样。,PID参数的工程整定法,动态特性参数法 稳定边界法 衰减曲线法 经验法 实际生产过程中，不可能让生产工艺产生较大波动，以上方法不通用也不实际，顾本文主要对经验法详细介绍,PID参数的工程整定法,经验法 即先确定一个调

8、节器的参数值P和I，通过改变给定值对控制系统施加一个扰动，现场观察判断控制曲线形状。若曲线不够理想，可改变P或I，根据控制过程曲线，经反复凑试直到控制系统符合动态过程品质要求为止，这时的P和I就是最佳值。,什么样的PID参数为最佳,衰减比 过渡过程曲线上第一个波峰和第二个波峰的峰值比，即B:B,一般为410最好. 余差 过渡过程终了时，被控变量的稳态值与设定值之间的差,即C，要尽量为0 过渡时间 控制系统受到扰动后，重新回到新的稳态的最短时间。越短越好。,过渡时间,位号,位号注释,位号标志,功能块模式,测量值,CS3000 仪表面板,CS3000 仪表面板,输出值指针 设定值指针 功能块模式

9、报警状态 位号 位号注释 位号标志 测量值棒状图 测量值上下限 工程单位,CS3000 操作仪表面板,CS3000 调整窗口,比例带表；值越大，作用越小，范围0-1000 % 积分时间；值越大，作用越小，范围0.1-10000s 微分时间；值越大，作用越大，范围0-10000s,要进行PID参数调节，首先必须要有权限。显示“=”表示可以进行参数修改，显示“：”表示不能对参数进行修改。默认值班长有权限修改。,进行PID参数调节时，建议按下保留按钮，以方便在切换画面后观察保留的趋势，PID参数调整完后必须取消。,实时曲线观察窗口,CS3000系统PID参数整定方法,无扰动切换 勿扰动切换：控制回路

10、手动（MAN）到自动（AUT）状态切换时，保证设定值(SV)与测量值（PV）保持一致或相当。 PID控制只有在控制回路处于AUT状态，也就是负反馈回路时才有用。,CS3000系统PID参数整定方法,增大比例系数P一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。 增大积分时间I有利于减小超调，减小振荡，使系统的稳定性增加，但是系统静差消除时间变长。 增大微分时间D有利于加快系统的响应速度，使系统超调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱。 在凑试时，可参考以上参数对系统控制过程的影响趋势，对参数调整实行先比例、后积

11、分，再微分的整定步骤。,CS3000系统PID参数整定方法,串级回路PID参数调整 因为串级调节系统一般应用于容量滞后较大的场合，必须加微分，所以主调一般取PID，而副调一般取P就可以了。但是副参数是流量，压力时，可加一定的I作用，这里也不是为了消除余差，只是流量，压力付对象时间常数太小，导致副调节器的P不能太小，调节作用弱，加上积分是为了使副参数偏离给定值太远。,CS3000系统常用PID参数,IA 系统PID参数整定,手动/自动 切换,要进行PID参数调节，首先必须要有权限，默认情况下值班长有权限修改。,P：比例带；值越大，作用越弱。单位：% I：积分时间；值越大，作用越弱，单位：分钟（m） D：微分时间；值越大，作用越强，单位：分钟（m） PID参数含义均与CS3000一致，但要注意积分和微分时间，为分钟。,IA 系统PID参数整定,IA系统的PID参数整定方法完全可应用前面介绍的方法，进行经验整定。,实时趋势图,总结,控制回路自控的投用并不简单在于PID参数的好坏，它与现场阀门响应速度及灵敏度相关、测量的准确性息息相关； 因此希望优秀的工艺人员与用心的仪表人员共同努力，共同提高我们国际化的大石化自控率，同时也为