PID参数整定课件省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

1 1PID参数整定u在工程实际中，应用最为广泛调整器控制规律为百分比、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调整。PID控制器问世至今已经有近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主要技术之一。当被控对象结构和参数不能完全掌握，或得不到准确数学模型时，控制理论其它技术难以采取时，系统控制器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经过有效测量伎俩来取得系统参数时，最适适用PID控制技术。第1页2 2PID参数整定uPID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是依据系统误差，利用百分比、积分、微分计算出控制量进行控制。u百分比（P）控制u百分比控制是一个最简单控制方式。其控制器输出与输入误差信号成百分比关系。当仅有百分比控制时系统输出存在稳态误差（Steady-stateerror）。第2页3 3PID参数整定u积分（I）控制u在积分控制中，控制器输出与输入误差信号积分成正比关系。对一个自动控制系统，假如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积分，伴随时间增加，积分项会增大。这么，即便误差很小，积分项也会伴随时间增加而加大，它推进控制器输出增大使稳态误差深入减小，直到等于零。所以，百分比+积分(PI)控制器，能够使系统在进入稳态后无稳态误差。第3页4 4PID参数整定u微分（D）控制u在微分控制中，控制器输出与输入误差信号微分（即误差改变率）成正比关系。自动控制系统在克服误差调整过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是因为存在有较大惯性组件（步骤）或有滞后(delay)组件，含有抑制误差作用，其改变总是落后于误差改变。处理方法是使抑制误差作用改变“超前”，即在误差靠近零时，抑制误差作用就应该是零。第4页5 5PID参数整定u这就是说，在控制器中仅引入“百分比”项往往是不够，百分比项作用仅是放大误差幅值，而当前需要增加是“微分项”，它能预测误差改变趋势，这么，含有百分比+微分控制器，就能够提前使抑制误差控制作用等于零，甚至为负值，从而防止了被控量严重超调。所以对有较大惯性或滞后被控对象，百分比+微分(PD)控制器能改进系统在调整过程中动态特征。第5页6 6PID参数整定u也就是说，偏差存在积分作用就会有输出，它起着消除余差作用，积分作用太强也会引发振荡，太弱会使系统存在余差；微分调整作用动作与偏差改变速度成正比，其效果是阻止被调参数一切改变，有超前调整作用。对滞后大对象有很好效果。但不能克服纯滞后，主要适合用于温度调整。使用微分调整可使系统收敛周期时间缩短，但微分时间太长也会引发振荡。第6页7 7PID参数整定u常规PID参数整定方法主要有两大类,四种方法：1.理论计算整定法2.临界百分比法3.衰减曲线法4.经验试凑法（反应曲线法）第7页8 8PID参数整定uPID控制器参数整定PID控制器参数整定是控制系统设计关键内容。它是依据被控过程特征确定PID控制器百分比系数、积分时间和微分时间大小。PID控制器参数整定方法很多，概括起来有两大类,四种方法：一是理论计算整定法。它主要是依据系统数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到计算数据未必能够直接用，还必须经过工程实际进行调整和修改。第8页9 9PID参数整定u二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采取。PID控制器参数工程整定方法，主要有临界百分比法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是经过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但不论采取哪一个方法所得到控制器参数，都需要在实际运行中进行最终调整与完善。第9页1010PID参数自整定方法uPID参数自整定方法及实现近年来出现各种DCS系统，普通都含有PID参数自整定功效。仪表在首次使用时，可经过自整定确定系统最正确P、I、D调整参数，实现理想调整控制。在自整定开启前，因为系统在不一样设定值下整定参数值不完全相同，应先将仪表设定值设置在要控制数值上。在开启自整定后，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。第10页1111PID参数自整定方法u仪表经过检测系统从超调恢复到稳态（测量值与设定值一致）过分特征，分析振荡周期、幅度及波形来计算仪表最正确调整参数。理想调整效果是，设定值应与测量值保持一致，可从动态（设定值改变或扰动）和稳态（设定值固定）两个方面来评价系统调整品质，经过PID参数自整定，能够满足大多数系统。不一样系统因为惯性不一样，自整定时间有所不一样，从几分钟到几小时不等。第11页1212PID参数整定u当前国内应用最为广泛方法是经验试凑法，没有成本，但需要工程师丰富现场调试经验；而国外应用最为广泛方法是软件自动整定法，方便、快捷、可靠。第12页1313PID参数整定口诀u参数整定找最正确，从小到大次序查u先是百分比后积分，最终再把微分加u曲线振荡很频繁，百分比度盘要放大u曲线漂浮绕大湾，百分比度盘往小扳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，调整质量不会低第13页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整定参数参考以下：u1、对流量调整（F）：普通P=120200%，I=50100S，D=0S；u对防喘振系统：普通P=120200%，I=2040S，D=1540Su2、对压力调整（P）：普通P=120180%，I=50100S，D=0S；u对放空系统：普通P=80160%，I=2060S，D=1540S；第14页1515PID参数整定u对液位调整（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）：普通P=100160%，I=80400S，D=0S；3）u小个容器（直径2米、高1.5米以下塔罐）：普通P=120300%，I=60200S，D=0S；u对温度调整（T）：普通P=120260%，I=50200S，D=2060S；u投自动需要耐心观察、不停修正第15页1616PID参数整定u用试凑法确定PID控制器参数u试凑法就是依据控制器各参数对系统性能影响程度,边观察系统运行,边修改参数,直到满意为止。u普通情况下,减小百分比度会加紧系统响应速度,有利于降低静差。但过小百分比度会使系统有较大超调,并产生振荡使稳定性变差。加大积分时间将降低积分作用,有利于降低超调使系统稳定,但系统消除静差速度慢。第16页1717PID参数整定u增加微分系数KD有利于加紧系统响应,是超调降低,稳定性增加,但对干扰抑制能力会减弱。在试凑时,普通可依据以上参数对控制过程影响趋势,对参数实施先百分比、后积分、再微分步骤进行整定。u百分比部分整定。首先将积分时间最大和微分系数KD取零,即取消微分和积分作用,采取纯百分比控制。将百分比度由大到小改变,观察系统响应,直至速度快，且有一定范围超调为止。假如系统静差在要求范围之内,且响应曲线已满足设计要求,那么只需用纯百分比调整器即可。第17页1818PID参数整定u积分部分整定。假如百分比控制系统静差达不到设计要求,这时能够加入积分作用。在整定时将积分时间由大逐步减小,积分作用就逐步增强,观察输出会发觉,系统静差会逐步降低直至消除。重复试验几次,直到消除静差速度满意为止。注意这时超调量会比原来加大,应适当加大一点百分比度。第18页1919PID参数整定u微分部分整定。若使用百分比积分(PI)控制器经重复调整仍达不到设计要求,或不稳定,这时应加入微分作用,整定时先将微分系数KD从零逐步增加,观察超调量和稳定性,同时对应地微调百分比系数KP、积分系数KI,直到满意为止第19页2020PID参数整定u以下为DCS系统PID参数整定方法：百分比度越大，表示百分比控制作用越弱。(=1/Kp）减小百分比度，会使系统稳定性和动态性能变差，但可对应地减小余差，提升静态精度。百分比度过小，即百分比放大系数过大时，百分比控制作用很强，系统有可能产生振荡；积分时间过小时，积分控制作用很强，易引发振荡；微分时间过大时，微分控制作用过强，易产生振荡。第20页2121PID参数整定u现场凑试法:按照先百分比（P）、再积分（I）、最终微分（D）次序。置调整器积分时间TI=，微分时间TD=0，在百分比度按经验设置初值条件下，将系统投入运行，整定百分比度。求得满意4：1过渡过程曲线。引入积分作用（此时应将上述百分比度加大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。第21页