日本横河DCS系统PID参数调节原理和整定方法(CS3000)PPT.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,PID,参数调节原理和整定方法,基于,CS3000FCS,1,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,2,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,3,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=K,c,e,（,k,c,称为比例增益）,但在实际控制中习惯用增益的倒数表示,=1/k,c,(,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。,4,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,5,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%,6,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,T,I,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,7,I,积分调节,只要偏差不为零，控制输出就不为零，它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。,8,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。,9,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。,10,P,与,I,调节过程的比较,11,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用，增大比例度,12,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,T,D,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。,13,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,14,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,15,PI,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。,16,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,17,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,18,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。,19,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,20,PID,参数的工程整定法,经验法,即先确定一个调节器的参数值,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。,21,什么样的,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,22,位号,位号注释,位号标志,功能块模式,报警状态,测量值,设定值,输出值,输出指针,工程单位,设定值指针,测量值棒状图,测量值上限,测量值下限,报警设置,CS3000,仪表面板,23,CS3000,仪表面板,输出值指针,设定值指针,功能块模式,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,24,改变模式,手动,自动,串级,CS3000,操作仪表面板,25,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,26,CS3000,系统,PID,参数整定方法,无扰动切换,勿扰动切换：控制回路手动（,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。,27,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、后积分，再微分的整定步骤。,28,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。,29,CS3000,系统常用,PID,参数,P,（,%,）,I,(s),D,(s),温度,2060,180600,3180,压力,3070,24180,液位,2080,60300,流量,40100,660,30,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。,31,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,32,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，同时也为减轻大家的劳动强度。,33,总结,PID,参数整定顺口溜,参数整定找最佳，从小到大顺序查,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,34,