PID参数的工程整定方法培训教材.doc

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1、PID參數的工程整定方法培訓教材2005年12月20日目錄第一節基本控制規律及其作用效果···························（1）第二節實用的控制規律··········································（2）第三節PID參數的工程整定方法·······························（3）第四節複雜調節系統的參數整定······························（8）附錄一各廠家DCS系統PID相關資料統計··················（8）附錄二相關的名詞解釋·······················

2、···················（9）第一节基本控制規律及其作用效果在工業生產程序控制中，常用的基本調節規律大致可分為：1位式調節也就是常說的開/關式調節，它的動作規律是當被控變數偏離給定值時，調節器的輸出不是最大就是最小，從而使執行器全開或全關。在實際應用中，常用於機組油箱恒溫控制、水塔以及一些儲罐的液位控制等。在實施時，只要選用帶上、下限接點的檢測儀錶、位式調節器或PLC、再配一些繼電器、電磁閥、執行器、磁力起動器等即可構成位元式控制系統。因此，位式控制的過渡過程必然是一個持續振盪的過程。如圖0所示。圖0位式控制的過渡過程2比例調節它依據“偏差的大小”來動作。它的輸出與輸入偏差的大

3、小成比例，調節及時，有力，但是有餘差。用比例度δ來表示其作用的強弱，用%表示。例如比例度60%，即表示當偏差為量程的60%時，輸出變化值為量程的100%。δ越小，調節作用越強，調節作用太強時，會引起振盪。比例調節作用適用於負荷變化小，物件純滯後不大，時間常數較大而又允許有餘差的控制系統中，常用于塔和儲罐的液位控制以及一些要求不高的壓力控制中。使用時應注意，當負荷變化幅度較大時，為了平衡負荷變化所需的調節閥開度變化也將較大，待穩定後，被控變數的餘差就可能較大。比例控制規律的動態方程為：其中：y（t）——輸出變化量。e（t）——輸入變化量。Kp——比例增益。δ——比例度，它是Kp的倒數。3積分調

4、節它依據“偏差是否存在”來動作。它的輸出與偏差對時間的積分成比例，只有當余差完全消失，積分作用才停止。其實質就是消除餘差。但積分作用使最大動偏差增大，延長了調節時間。用積分時間Ti表示其作用的強弱，單位用分（或秒）表示。Ti越小，積分作用越強，積分作用太強時，也會引起振盪。積分控制規律的動態方程為：其中：TI——積分時間。4微分調節它依據“偏差變化速度”來動作。它的輸出與輸入偏差變化的速度成比例，其實質和效果是阻止被調參數的一切變化，有超前調節的作用。對滯後較大的對象有很好的效果。使調節過程動偏差減少，餘差也減少（但不能消除）。用微分時間Td表示作用的強弱，單位用分（或秒）表示。Td大，作用

5、強，Td太大，會引起振盪。微分控制規律的動態方程為：其中：TD——微分時間。第二節實用的控制規律由於位式調節及易引起振盪，所以除特定場合外，一般應用較少，使用較多的是比例、積分、微分調節作用。但實際上單純使用比例、積分、微分作用的場合也較少，最多使用的是三種調節規律的組合。組合後的調節規律由圖1所示，PID三作用調節品質最好、PI次之，積分最差因此很少單用。其中：PI作用的傳遞函數為：注意：δTi即為積分控制規律的動態方程中TI。PD作用的傳遞函數為：注意：KpTd即為微分控制規律的動態方程中TD。PID作用的傳遞函數為：圖1各種調節規律比較1—比例微分作用；2—比例積分微分作用；3—比例作

6、用；4—比例積分作用；5—積分作用；第三節PID參數的工程整定方法調節器參數的整定，是自動調節系統中相當重要的一個問題。在調節方案已經確定，儀錶及調節閥等已經選定並已裝好之後，調節物件的特性也就確定了，調節系統的品質就主要決定於調節器參數的整定。因此，調節器參數整定的任務，就是對已選定的調節系統，求得最好的調節品質時調節器的參數值，即所謂求取調節器的最佳值，具體講就是確定最合適的比例度、積分時間和微分時間。把參數整定工作放在怎樣的位置，存在兩種片面的看法：一種看法是過分強調了參數整定的作用，把調節器參數整定看作自動化理論的核心，這當然是錯誤的。因為調節器參數只能在一定範圍內起作用，如果方案不

7、合理，工況改變、或屬於儀錶和調節閥故障，則不論怎樣去調整比例度，積分時間和微分時間，仍然達不到預定的調節品質要求。同時，調節器參數在目前很難單純依靠計算的方法來求取，因為計算法要遇到兩個很大的困難，一是缺乏足夠的物件動態特性資料，實驗測試也不容易，二是計算方法繁瑣，工作量大，而且物件往往有非線性或改變工藝參數的情況，所以化了不少力氣算出來的結果仍不可靠。另一種看法是過分地貶低參數整定的作用，我們會遇到三類不同