PID參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法課件

1、pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法1pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法乙烯廠儀表車(chē)間乙烯廠儀表車(chē)間pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法2總貌pid控制概述p比例調(diào)節(jié)i積分調(diào)節(jié)d微分調(diào)節(jié)什么樣的pid參數(shù)為最佳cs3000系統(tǒng)pid參數(shù)整定方法foxbro系統(tǒng)pid參數(shù)整定方法總結(jié)pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法3pid控制概述什么是pid控制?它是比例、積分和微分控制的簡(jiǎn)稱(chēng)：proportional-integral-differential controller反饋控制根據(jù)偏差進(jìn)行的控制pid調(diào)節(jié)器閥門(mén)被控對(duì)象測(cè)量變送器設(shè)定值偏差pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法4p比例調(diào)節(jié)p：比例調(diào)節(jié)在在p調(diào)節(jié)中

2、，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)u與偏差信號(hào)與偏差信號(hào)e成比例，成比例， 即即 u = kc e （kc稱(chēng)為比例增益）稱(chēng)為比例增益）但在實(shí)際控制中習(xí)慣用增益的倒數(shù)表示但在實(shí)際控制中習(xí)慣用增益的倒數(shù)表示 =1 / kc (稱(chēng)為比例帶稱(chēng)為比例帶)不同的不同的dcs使用不同的參數(shù)作為使用不同的參數(shù)作為p的調(diào)節(jié)參數(shù)，以的調(diào)節(jié)參數(shù)，以cs3000為例，選用為例，選用 比例帶為調(diào)節(jié)參數(shù)，單位。可以理解為：比例帶為調(diào)節(jié)參數(shù)，單位?？梢岳斫鉃椋喝魷y(cè)量?jī)x表的量程為若測(cè)量?jī)x表的量程為100則則50% 就表示被調(diào)量需要變就表示被調(diào)量需要變化化50才能使調(diào)節(jié)閥從全關(guān)到全開(kāi)。才能使調(diào)節(jié)閥從全關(guān)到全開(kāi)。值越大，

3、作用越弱，值越大，作用越弱，值越值越小，作用越強(qiáng)。小，作用越強(qiáng)。pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法5p比例調(diào)節(jié)（a） 越大越大調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作幅度小，變化調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作幅度小，變化平穩(wěn)，甚至無(wú)超調(diào)，但余差大，調(diào)節(jié)平穩(wěn)，甚至無(wú)超調(diào)，但余差大，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)。時(shí)間長(zhǎng)。（b） 減小減小調(diào)節(jié)閥動(dòng)作幅度加大，被調(diào)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作幅度加大，被調(diào)量來(lái)回波動(dòng)，余差減小。量來(lái)回波動(dòng)，余差減小。（c） 進(jìn)一步減小進(jìn)一步減小被調(diào)量波動(dòng)加劇被調(diào)量波動(dòng)加劇（d） 為臨界為臨界被調(diào)量等幅振蕩波動(dòng)被調(diào)量等幅振蕩波動(dòng)（e） 小于臨界小于臨界被調(diào)量法散振蕩被調(diào)量法散振蕩pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法6p比例調(diào)節(jié)p比例調(diào)節(jié)特點(diǎn)比例調(diào)節(jié)特點(diǎn)l比例調(diào)節(jié)反應(yīng)

4、速度快，輸出與輸入同步，沒(méi)有時(shí)間滯比例調(diào)節(jié)反應(yīng)速度快，輸出與輸入同步，沒(méi)有時(shí)間滯后，其動(dòng)態(tài)特性好。后，其動(dòng)態(tài)特性好。l比例調(diào)節(jié)的結(jié)果不能使被調(diào)參數(shù)完全回到給定值，而比例調(diào)節(jié)的結(jié)果不能使被調(diào)參數(shù)完全回到給定值，而產(chǎn)生余差。產(chǎn)生余差。p的一般選取范圍的一般選取范圍l壓力調(diào)節(jié)：壓力調(diào)節(jié)： 3070%l流量調(diào)節(jié)：流量調(diào)節(jié)： 60300%l液位調(diào)節(jié)：液位調(diào)節(jié)： 40100%l溫度調(diào)節(jié)：溫度調(diào)節(jié)： 4080%pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法7i積分調(diào)節(jié)i：積分調(diào)節(jié)l一般用于控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，消除余差。一般用于控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，消除余差。l對(duì)于同一偏差信號(hào)，積分常數(shù)越大，表示積分對(duì)于同一偏差信號(hào)，積分常數(shù)越大，

5、表示積分調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)；積分常數(shù)就表示了積分作用的調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)；積分常數(shù)就表示了積分作用的大小。大小。l積分常數(shù)的倒數(shù)叫積分時(shí)間，用積分常數(shù)的倒數(shù)叫積分時(shí)間，用ti表示。表示。不同的不同的dcs使用不同的參數(shù)作為使用不同的參數(shù)作為i的調(diào)節(jié)參數(shù)，以的調(diào)節(jié)參數(shù)，以cs3000為例，選用積分時(shí)間為調(diào)節(jié)參數(shù)，單位：為例，選用積分時(shí)間為調(diào)節(jié)參數(shù)，單位：s。可以理解為：值?？梢岳斫鉃椋褐翟酱?，作用越弱。一般不單獨(dú)使用純積分調(diào)節(jié)器越大，作用越弱。一般不單獨(dú)使用純積分調(diào)節(jié)器pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法8i積分調(diào)節(jié)只要偏差不為零，控制輸出就不為零，它只要偏差不為零，控制輸出就不為零，它就要?jiǎng)幼鞯桨驯徽{(diào)量的靜差完全

6、消除為止，就要?jiǎng)幼鞯桨驯徽{(diào)量的靜差完全消除為止，積分調(diào)節(jié)的特性就是無(wú)差調(diào)節(jié)。積分調(diào)節(jié)的特性就是無(wú)差調(diào)節(jié)。積分速度大，調(diào)節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)積分速度大，調(diào)節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，當(dāng)積分速度大到超過(guò)某一的穩(wěn)定性降低，當(dāng)積分速度大到超過(guò)某一臨界值時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定。臨界值時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定。pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法9i積分調(diào)節(jié)積分速度對(duì)調(diào)節(jié)過(guò)程的影響增大積分速度增大積分速度調(diào)節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)穩(wěn)定性降低調(diào)節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)穩(wěn)定性降低當(dāng)積分速度達(dá)到并超過(guò)臨界值時(shí)，整個(gè)當(dāng)積分速度達(dá)到并超過(guò)臨界值時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定，發(fā)散震蕩過(guò)程。系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定，發(fā)散震蕩過(guò)程。減小積分

7、速度減小積分速度調(diào)節(jié)閥的速度減慢，系統(tǒng)穩(wěn)定性增加，調(diào)節(jié)閥的速度減慢，系統(tǒng)穩(wěn)定性增加，但調(diào)節(jié)速度變慢但調(diào)節(jié)速度變慢無(wú)論增大還是減小積分速度，被調(diào)量最無(wú)論增大還是減小積分速度，被調(diào)量最后都沒(méi)有余差。后都沒(méi)有余差。pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法10i積分調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)的比較：比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)的比較： 積分調(diào)節(jié)可以消除靜差。但對(duì)比例調(diào)節(jié)來(lái)說(shuō)，當(dāng)被調(diào)積分調(diào)節(jié)可以消除靜差。但對(duì)比例調(diào)節(jié)來(lái)說(shuō)，當(dāng)被調(diào)參數(shù)突然出現(xiàn)較大的偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器能立即按比例地把調(diào)參數(shù)突然出現(xiàn)較大的偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器能立即按比例地把調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度開(kāi)得很大，但積分調(diào)節(jié)器就做不到這一點(diǎn)，它節(jié)閥的開(kāi)度開(kāi)得很大，但積分調(diào)節(jié)器就做不到這一點(diǎn)，它需要

8、一定的時(shí)間才能將調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度開(kāi)大或減小，因此，需要一定的時(shí)間才能將調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度開(kāi)大或減小，因此，積分調(diào)節(jié)會(huì)使調(diào)節(jié)過(guò)程非常緩慢。總之，比例調(diào)節(jié)能及時(shí)積分調(diào)節(jié)會(huì)使調(diào)節(jié)過(guò)程非常緩慢。總之，比例調(diào)節(jié)能及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，積分調(diào)節(jié)可以消除靜差。進(jìn)行調(diào)節(jié)，積分調(diào)節(jié)可以消除靜差。但它的輸出有段積累過(guò)程，過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行的十分緩慢，但它的輸出有段積累過(guò)程，過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行的十分緩慢，如果系統(tǒng)干擾作用頻繁，更顯得十分乏力，單獨(dú)的積分調(diào)如果系統(tǒng)干擾作用頻繁，更顯得十分乏力，單獨(dú)的積分調(diào)節(jié)系統(tǒng)較罕見(jiàn)，它作為一種輔助調(diào)節(jié)規(guī)律與比例調(diào)節(jié)一起節(jié)系統(tǒng)較罕見(jiàn)，它作為一種輔助調(diào)節(jié)規(guī)律與比例調(diào)節(jié)一起組成比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律。組成比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律。

9、pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法11p與i調(diào)節(jié)過(guò)程的比較pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法12pi調(diào)節(jié)比例積分調(diào)節(jié)比例積分調(diào)節(jié)(pi調(diào)節(jié)調(diào)節(jié))積分調(diào)節(jié)可以消除靜差積分調(diào)節(jié)可以消除靜差,但有滯后現(xiàn)象，但有滯后現(xiàn)象，比例調(diào)節(jié)沒(méi)有滯后現(xiàn)象，但存在靜差。比例調(diào)節(jié)沒(méi)有滯后現(xiàn)象，但存在靜差。pi調(diào)節(jié)就是綜合調(diào)節(jié)就是綜合p、i兩種調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，兩種調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，利用利用p調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響，同時(shí)利調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響，同時(shí)利用用i調(diào)節(jié)消除殘差。一般在調(diào)節(jié)消除殘差。一般在p調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上增加增加i調(diào)節(jié)需適當(dāng)減少比例作用，增大比調(diào)節(jié)需適當(dāng)減少比例作用，增大比例度例度pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法13d微分調(diào)節(jié)d

10、：微分調(diào)節(jié)l微分調(diào)節(jié)一般只與偏差的變化成比例，偏差變化越劇微分調(diào)節(jié)一般只與偏差的變化成比例，偏差變化越劇烈，調(diào)節(jié)輸出作用越強(qiáng)。從而及時(shí)抑制偏差增長(zhǎng)，提烈，調(diào)節(jié)輸出作用越強(qiáng)。從而及時(shí)抑制偏差增長(zhǎng)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。高系統(tǒng)穩(wěn)定性。l微分調(diào)節(jié)主要用于調(diào)節(jié)對(duì)象有大的傳遞滯后和容量滯微分調(diào)節(jié)主要用于調(diào)節(jié)對(duì)象有大的傳遞滯后和容量滯后。（例如溫度與大容量液位）后。（例如溫度與大容量液位）l微分一般用微分時(shí)間表示，單位微分一般用微分時(shí)間表示，單位s，用，用td表示。在實(shí)表示。在實(shí)際使用過(guò)程中，值越大作用越強(qiáng)。際使用過(guò)程中，值越大作用越強(qiáng)。要注意，微分調(diào)節(jié)器不能單獨(dú)作用，必須配合使用，并且微分要注意，微分調(diào)節(jié)器不

11、能單獨(dú)作用，必須配合使用，并且微分調(diào)節(jié)無(wú)法消除余差，只對(duì)偏差變化速度有反應(yīng)，與偏差大小無(wú)調(diào)節(jié)無(wú)法消除余差，只對(duì)偏差變化速度有反應(yīng)，與偏差大小無(wú)關(guān)。關(guān)。pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法14純p作用下的階躍響應(yīng)純純p調(diào)節(jié)為有差調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)為有差調(diào)節(jié)比例作用越強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)誤差越小，響應(yīng)快，但超調(diào)大比例作用越強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)誤差越小，響應(yīng)快，但超調(diào)大pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法15pi作用下的階躍響應(yīng)引入積分，消除了余差引入積分，消除了余差積分作用越強(qiáng)，響應(yīng)速度越快，超調(diào)大，振蕩加劇積分作用越強(qiáng)，響應(yīng)速度越快，超調(diào)大，振蕩加劇pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法16pi作用下的階躍響應(yīng)在同樣積分作用下，減小比例作用，可增加系統(tǒng)穩(wěn)

12、定。pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法17pd作用下的階躍響應(yīng)引入微分項(xiàng)，提高了響應(yīng)速度，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，引入微分項(xiàng)，提高了響應(yīng)速度，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但不能消除系統(tǒng)余差但不能消除系統(tǒng)余差pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法18pd作用下的階躍響應(yīng)相同比例作用情況下，微分作用越強(qiáng)，響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)越穩(wěn)定pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法19pid作用下的階躍響應(yīng)pd的基礎(chǔ)上引入積分項(xiàng)，就能達(dá)到理想的性能指標(biāo)，針對(duì)不的基礎(chǔ)上引入積分項(xiàng)，就能達(dá)到理想的性能指標(biāo)，針對(duì)不同的調(diào)節(jié)回路，需要的指標(biāo)不一樣，因此引入的調(diào)節(jié)參數(shù)同的調(diào)節(jié)回路，需要的指標(biāo)不一樣，因此引入的調(diào)節(jié)參數(shù)也就不一樣。也就不一樣。pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和

13、整定方法20pid參數(shù)的工程整定法動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法穩(wěn)定邊界法衰減曲線法經(jīng)驗(yàn)法實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，不可能讓生產(chǎn)工藝產(chǎn)生較大波動(dòng)，以上方法不通用也不實(shí)際，顧本文主要對(duì)經(jīng)驗(yàn)法詳細(xì)介紹pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法21pid參數(shù)的工程整定法經(jīng)驗(yàn)法即先確定一個(gè)調(diào)節(jié)器的參數(shù)值p和i，通過(guò)改變給定值對(duì)控制系統(tǒng)施加一個(gè)擾動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)觀察判斷控制曲線形狀。若曲線不夠理想，可改變p或i，根據(jù)控制過(guò)程曲線，經(jīng)反復(fù)湊試直到控制系統(tǒng)符合動(dòng)態(tài)過(guò)程品質(zhì)要求為止，這時(shí)的p和i就是最佳值。 pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法22什么樣的pid參數(shù)為最佳衰減比l過(guò)渡過(guò)程曲線上第一個(gè)波峰和第二個(gè)波峰的峰值比，即b:b,一般為410最好.余差l過(guò)渡過(guò)

14、程終了時(shí)，被控變量的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之間的差,即c，要盡量為0過(guò)渡時(shí)間l控制系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，重新回到新的穩(wěn)態(tài)的最短時(shí)間。越短越好。過(guò)渡時(shí)間pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法23位號(hào)位號(hào)注釋位號(hào)標(biāo)志功能塊模式報(bào)警狀態(tài)測(cè)量值設(shè)定值輸出值輸出指針工程單位設(shè)定值指針測(cè)量值棒狀圖測(cè)量值上限測(cè)量值下限報(bào)警設(shè)置cs3000 儀表面板pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法24cs3000 儀表面板輸出值指針設(shè)定值指針功能塊模式報(bào)警狀態(tài)位號(hào)位號(hào)注釋位號(hào)標(biāo)志測(cè)量值棒狀圖測(cè)量值上下限工程單位 pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法25改變模式手動(dòng)自動(dòng)串級(jí)cs3000 操作儀表面板pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法26cs3000 調(diào)整窗口比例帶表；

15、值越大，作用越小，范圍0-1000 %積分時(shí)間；值越大，作用越小，范圍0.1-10000s 微分時(shí)間；值越大，作用越大，范圍0-10000s要進(jìn)行pid參數(shù)調(diào)節(jié)，首先必須要有權(quán)限。顯示“=”表示可以進(jìn)行參數(shù)修改，顯示“：”表示不能對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改。默認(rèn)值班長(zhǎng)有權(quán)限修改。進(jìn)行pid參數(shù)調(diào)節(jié)時(shí)，建議按下保留按鈕，以方便在切換畫(huà)面后觀察保留的趨勢(shì)，pid參數(shù)調(diào)整完后必須取消。實(shí)時(shí)曲線觀察窗口pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法27cs3000系統(tǒng)pid參數(shù)整定方法無(wú)擾動(dòng)切換l勿擾動(dòng)切換：控制回路手動(dòng)（man）到自動(dòng)（aut）狀態(tài)切換時(shí)，保證設(shè)定值(sv)與測(cè)量值（pv）保持一致或相當(dāng)。lpid控制只有在控制回

16、路處于aut狀態(tài)，也就是負(fù)反饋回路時(shí)才有用。pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法28cs3000系統(tǒng)pid參數(shù)整定方法增大比例系數(shù)p一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差，但是過(guò)大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有比較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。增大積分時(shí)間i有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，但是系統(tǒng)靜差消除時(shí)間變長(zhǎng)。增大微分時(shí)間d有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使系統(tǒng)超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱。在湊試時(shí)，可參考以上參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制過(guò)程的影響趨勢(shì)，對(duì)參數(shù)調(diào)整實(shí)行先比例、后積分，再微分的整定步驟。pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法29cs3000系統(tǒng)pid參數(shù)整定方法串級(jí)回

17、路pid參數(shù)調(diào)整l因?yàn)榇?jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般應(yīng)用于容量滯后較大的場(chǎng)合，必須加微分，所以主調(diào)一般取pid，而副調(diào)一般取p就可以了。但是副參數(shù)是流量，壓力時(shí)，可加一定的i作用，這里也不是為了消除余差，只是流量，壓力付對(duì)象時(shí)間常數(shù)太小，導(dǎo)致副調(diào)節(jié)器的p不能太小，調(diào)節(jié)作用弱，加上積分是為了使副參數(shù)偏離給定值太遠(yuǎn)。pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法30cs3000系統(tǒng)常用pid參數(shù)p（%）i(s)d(s)溫度20601806003180壓力307024180液位208060300流量40100660pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法31ia 系統(tǒng)pid參數(shù)整定手動(dòng)/自動(dòng) 切換要進(jìn)行pid參數(shù)調(diào)節(jié)，首先必須要有權(quán)限，默認(rèn)情況下值班長(zhǎng)有權(quán)限修改。p：比例帶；值越大，作用越弱。單位：%i：積分時(shí)間；值越大，作用越弱，單位：分鐘（m）d：微分時(shí)間；值越大，作用越強(qiáng)，單位：分鐘（m）pid參數(shù)含義均與cs3000一致，但要注意積分和微分時(shí)間，為分鐘。pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法32ia 系統(tǒng)pid參數(shù)整定ia系統(tǒng)的pid參數(shù)整定方法完全可應(yīng)用前面介紹的方法，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)整定。實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖pid參數(shù)調(diào)節(jié)原理和整定方法33總結(jié)控制回路自控的投用并不簡(jiǎn)單在于pid參