PID参数调节原理和整定方法.pptx

PID参数调节原理和整定方法总貌PID控制概述P比例调节I积分调节D微分调节什么样得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控制概述什么就是PID控制?她就是比例、积分和微分控制得简称:Proportional-Integral-Differential Controller反馈控制根据偏差进行得控制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:比例调节在在P调节中调节中,调节器得输出信号调节器得输出信号u与偏差信号与偏差信号e成比例成比例,即即 u=Kc e (kc称为比例增益称为比例增益)但在实际控制中习惯用增益得倒数表示但在实际控制中习惯用增益得倒数表示 =1/kc (称为比例带称为比例带)不同得不同得DCS使用不同得参数作为使用不同得参数作为P得调节参数得调节参数,以以CS3000为为例例,选用选用 比例带为调节参数比例带为调节参数,单位。可以理解为单位。可以理解为:若若测测量量仪仪表表得得量量程程为为100则则50%就就表表示示被被调调量量需需要要变变化化50才才能能使使调调节节阀阀从从全全关关到到全全开开。值值越越大大,作作用用越越弱弱,值值越越小小,作作用用越越强强。实实质质上上就就是是表表示示调调节节阀阀开开度度得得百百分分比比与与被被调调量量偏偏差差变变化化得得百百分分比得比值。？比得比值。？P比例调节(a)越大越大调节阀得动作幅度小调节阀得动作幅度小,变化平变化平稳稳,甚至无超调甚至无超调,但余差大但余差大,调节时间长。调节时间长。(b)减小减小调节阀动作幅度加大调节阀动作幅度加大,被调量被调量来回波动来回波动,余差减小。余差减小。(c)进一步减小进一步减小被调量波动加剧被调量波动加剧(d)为临界为临界被调量等幅振荡波动被调量等幅振荡波动(e)小于临界小于临界被调量法散振荡被调量法散振荡P比例调节P比例调节特点比例调节特点l比例调节反应速度快比例调节反应速度快,输出与输入同步输出与输入同步,没有时间滞后没有时间滞后,其动态特性好。其动态特性好。l比例调节得结果不能使被调参数完全回到给定值比例调节得结果不能使被调参数完全回到给定值,而产而产生余差。生余差。P得一般选取范围得一般选取范围l压力调节压力调节:3070%l流量调节流量调节:60300%l液位调节液位调节:40100%l温度调节温度调节:4080%I积分调节I:积分调节l一般用于控制系统得准确性一般用于控制系统得准确性,消除余差。消除余差。l对于同一偏差信号对于同一偏差信号,积分常数越大积分常数越大,表示积分调表示积分调节作用越强节作用越强;积分常数就表示了积分作用得大积分常数就表示了积分作用得大小。小。l积分常数积分常数得得倒数倒数叫叫积分时间积分时间,用用TI表示。表示。不同得不同得DCS使用不同得参数作为使用不同得参数作为I得调节参数得调节参数,以以CS3000为为例例,选用积分时间为调节参数选用积分时间为调节参数,单位单位:s。可以理解为。可以理解为:值越大值越大,作作用越弱。一般不单独使用纯积分调节器用越弱。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只要偏差不为零,控制输出就不为零控制输出就不为零,她就她就要动作到把被调量得静差完全消除为止要动作到把被调量得静差完全消除为止,积分调节得特性就就是无差调节。积分调节得特性就就是无差调节。积分速度大积分速度大,调节阀得速度加快调节阀得速度加快,但系统得但系统得稳定性降低稳定性降低,当积分速度大到超过某一临当积分速度大到超过某一临界值时界值时,整个系统变为不稳定。整个系统变为不稳定。I积分调节积分速度对调节过程得影响增大积分速度增大积分速度调节阀得速度加快调节阀得速度加快,但系统稳定性降低但系统稳定性降低当积分速度达到并超过临界值时当积分速度达到并超过临界值时,整个整个系统变为不稳定系统变为不稳定,发散震荡过程。发散震荡过程。减小积分速度减小积分速度调节阀得速度减慢调节阀得速度减慢,系统稳定性增加系统稳定性增加,但调节速度变慢但调节速度变慢无论增大还就是减小积分速度无论增大还就是减小积分速度,被调量最被调量最后都没有余差。后都没有余差。I积分调节比例调节和积分调节得比较比例调节和积分调节得比较:积分调节可以消除静差。但对比例调节来说积分调节可以消除静差。但对比例调节来说,当被调当被调参数突然出现较大得偏差时参数突然出现较大得偏差时,调节器能立即按比例地把调调节器能立即按比例地把调节阀得开度开得很大节阀得开度开得很大,但积分调节器就做不到这一点但积分调节器就做不到这一点,她需她需要一定得时间才能将调节阀得开度开大或减小要一定得时间才能将调节阀得开度开大或减小,因此因此,积分积分调节会使调节过程非常缓慢。总之调节会使调节过程非常缓慢。总之,比例调节能及时进行比例调节能及时进行调节调节,积分调节可以消除静差。积分调节可以消除静差。但她得输出有段积累过程但她得输出有段积累过程,过渡过程进行得十分缓慢过渡过程进行得十分缓慢,如果系统干扰作用频繁如果系统干扰作用频繁,更显得十分乏力更显得十分乏力,单独得积分调节单独得积分调节系统较罕见系统较罕见,她作为一种辅助调节规律与比例调节一起组她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。成比例积分调节规律。大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静继续保持安静P与I调节过程得比较PI调节比例积分调节比例积分调节(PI调节调节)积分调节可以消除静差积分调节可以消除静差,但有滞后现象但有滞后现象,比例调节没有滞后现象比例调节没有滞后现象,但存在静差。但存在静差。PI调节就就是综合调节就就是综合P、I两种调节得优两种调节得优点点,利用利用P调节快速抵消干扰得影响调节快速抵消干扰得影响,同时同时利用利用I调节消除残差。一般在调节消除残差。一般在P调节得基础调节得基础上增加上增加I调节需适当减少比例作用调节需适当减少比例作用,增大比增大比例度例度D微分调节D:微分调节l微分调节一般只与偏差得变化成比例微分调节一般只与偏差得变化成比例,偏差变化越剧烈偏差变化越剧烈,调节输出作用越强。从而及时抑制偏差增长调节输出作用越强。从而及时抑制偏差增长,提高系统提高系统稳定性。稳定性。l微分调节主要用于调节对象有大得传递滞后和容量滞微分调节主要用于调节对象有大得传递滞后和容量滞后。后。(例如温度与大容量液位例如温度与大容量液位)l微分一般用微分时间表示微分一般用微分时间表示,单位单位S,用用TD表示。在实际使表示。在实际使用过程中用过程中,值越大作用越强。值越大作用越强。要注意要注意,微分调节器不能单独作用微分调节器不能单独作用,必须配合使用必须配合使用,并且微分调并且微分调节无法消除余差节无法消除余差,只对偏差变化速度有反应只对偏差变化速度有反应,与偏差大小无关。与偏差大小无关。纯P作用下得阶跃响应纯纯P调节为有差调节调节为有差调节比例作用越强比例作用越强,稳态误差越小稳态误差越小,响应快响应快,但超调大但超调大PI作用下得阶跃响应引入积分引入积分,消除了余差消除了余差积分作用越强积分作用越强,响应速度越快响应速度越快,超调大超调大,振荡加剧振荡加剧PI作用下得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作用下得阶跃响应引入微分项引入微分项,提高了响应速度提高了响应速度,增加了系统得稳定性增加了系统得稳定性,但不能消除系统余差但不能消除系统余差PD作用下得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作用下得阶跃响应PD得基础上引入积分项得基础上引入积分项,就能达到理想得性能指标就能达到理想得性能指标,针对不同针对不同得调节回路得调节回路,需要得指标不一样需要得指标不一样,因此引入得调节参数也就因此引入得调节参数也就不一样。不一样。PID参数得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,故本文主要对经验法详细介绍PID参数得工程整定法经验法即先确定一个调节器得参数值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,这时得P和I就就是最佳值。什么样得PID参数为最佳衰减比l过渡过程曲线上第一个波峰和第二个波峰得峰值比,即B:B,一般为410最好、余差l过渡过程终了时,被控变量得稳态值与设定值之间得差,即C,要尽量为0过渡时间l控制系统受到扰动后,重新回到新得稳态得最短时间。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改变模式手动自动串级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得趋势,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l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。lPID控制只有在控制回路处于AUT状态,也就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一般将加快系统得响应,在有静差得情况下有利于减小静差,但就是过大得比例系数会使系统有比较大得超调,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,使系统得稳定性增加,但就是系统静差消除时间变长。增大微分时间D有利于加快系统得响应速度,使系统超调量减小,稳定性增加,但系统对扰动得抑制能力减弱。在凑试时,可参考以上参数对系统控制过程得影响趋势,对参数调整实行先比例、后积分,再微分得整定步骤。CS3000系统PID参数整定方法串级回路PID参数调整l因为串级调节系统一般应用于容量滞后较大得场合,必须加微分,所以主调一般取PID,而副调一般取P就可以了。但就是副参数就是流量,压力时,可加一定得I作用,这里也不就是为了消除余差,只就是流量,压力付对象时间常数太小,导致副调节器得P不能太小,调节作用弱,加上积分就是为了使副参数偏离给定值太远。CS3000系统常用PID参数P(%)I(s)D(s)温度20601806003180压力307024180液位208060300流量40100660IA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系统得PID参数整定方法完全可应用前面介绍得方法,进行经验整定。实时趋势图