PID參數(shù)調節(jié)原理和整定方法CS3000ppt課件

1、PID參數(shù)調節(jié)原理和整定方法參數(shù)調節(jié)原理和整定方法基于基于CS3000FCS總貌PID控制概述P比例調節(jié)I積分調節(jié)D微分調節(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PID控制概述什么是PID控制?它是比例、積分和微分控制的簡稱：Proportional-Integral-Differential Controller反饋控制根據(jù)偏差進行的控制PID調節(jié)器閥門被控對象測量變送器設定值偏向P比例調節(jié)P：比例調節(jié)在P調節(jié)中，調節(jié)器的輸出信號u與偏差信號e成比例， 即 u = Kc e （kc稱為比例增益）但在實際控制中習慣用增益的倒數(shù)表示 =1

2、 / kc (稱為比例帶)不同的DCS使用不同的參數(shù)作為P的調節(jié)參數(shù)，以CS3000為例，選用 比例帶為調節(jié)參數(shù)，單位?？梢岳斫鉃椋喝魷y量儀表的量程為100則50% 就表示被調量需要變化50才能使調節(jié)閥從全關到全開。值越大，作用越弱，值越小，作用越強。P比例調節(jié)（a） 越大越大調節(jié)閥的動作幅度小，變化調節(jié)閥的動作幅度小，變化平穩(wěn)，甚至無超調，但余差大，調節(jié)平穩(wěn)，甚至無超調，但余差大，調節(jié)時間長。時間長。（b） 減小減小調節(jié)閥動作幅度加大，被調調節(jié)閥動作幅度加大，被調量來回波動，余差減小。量來回波動，余差減小。（c） 進一步減小進一步減小被調量波動加劇被調量波動加?。╠） 為臨界為臨界被調量等幅

3、振蕩波動被調量等幅振蕩波動（e） 小于臨界小于臨界被調量法散振蕩被調量法散振蕩P比例調節(jié)P比例調節(jié)特點比例調節(jié)特點比例調節(jié)反應速度快，輸出與輸入同步，沒有時比例調節(jié)反應速度快，輸出與輸入同步，沒有時間滯后，其動態(tài)特性好。間滯后，其動態(tài)特性好。比例調節(jié)的結果不能使被調參數(shù)完全回到給定值，比例調節(jié)的結果不能使被調參數(shù)完全回到給定值，而產(chǎn)生余差。而產(chǎn)生余差。P的一般選取范圍的一般選取范圍壓力調節(jié)：壓力調節(jié)： 3070%流量調節(jié)：流量調節(jié)： 60300%液位調節(jié)：液位調節(jié)： 40100%溫度調節(jié)：溫度調節(jié)： 4080%I積分調節(jié)I：積分調節(jié)一般用于控制系統(tǒng)的準確性，消除余差。對于同一偏差信號，積分常數(shù)

4、越大，表示積分調節(jié)作用越強；積分常數(shù)就表示了積分作用的大小。積分常數(shù)的倒數(shù)叫積分時間，用TI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的調節(jié)參數(shù)，以的調節(jié)參數(shù)，以CS3000為例，選用積分時間為調節(jié)參數(shù)，單位：為例，選用積分時間為調節(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。一般不單獨使用純積分調節(jié)器越大，作用越弱。一般不單獨使用純積分調節(jié)器I積分調節(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，它就要動作到把被調量的靜差完全消除為止，就要動作到把被調量的靜差完全消除為止，積分調節(jié)的特性就是無差調節(jié)。積分調節(jié)的特性就是無差調節(jié)。積

5、分速度大，調節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)積分速度大，調節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，當積分速度大到超過某一的穩(wěn)定性降低，當積分速度大到超過某一臨界值時，整個系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定。臨界值時，整個系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定。I積分調節(jié)積分速度對調節(jié)過程的影響增大積分速度增大積分速度調節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)穩(wěn)定性降低調節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)穩(wěn)定性降低當積分速度達到并超過臨界值時，整個當積分速度達到并超過臨界值時，整個系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定，發(fā)散震蕩過程。系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定，發(fā)散震蕩過程。減小積分速度減小積分速度調節(jié)閥的速度減慢，系統(tǒng)穩(wěn)定性增加，調節(jié)閥的速度減慢，系統(tǒng)穩(wěn)定性增加，但調節(jié)速度變慢但調節(jié)速度變慢無論增大還是減小積分速度

6、，被調量最無論增大還是減小積分速度，被調量最后都沒有余差。后都沒有余差。I積分調節(jié)比例調節(jié)和積分調節(jié)的比較：比例調節(jié)和積分調節(jié)的比較： 積分調節(jié)可以消除靜差。但對比例調節(jié)來說，當被調積分調節(jié)可以消除靜差。但對比例調節(jié)來說，當被調參數(shù)突然出現(xiàn)較大的偏差時，調節(jié)器能立即按比例地把調參數(shù)突然出現(xiàn)較大的偏差時，調節(jié)器能立即按比例地把調節(jié)閥的開度開得很大，但積分調節(jié)器就做不到這一點，它節(jié)閥的開度開得很大，但積分調節(jié)器就做不到這一點，它需要一定的時間才能將調節(jié)閥的開度開大或減小，因此，需要一定的時間才能將調節(jié)閥的開度開大或減小，因此，積分調節(jié)會使調節(jié)過程非常緩慢?？傊?，比例調節(jié)能及時積分調節(jié)會使調節(jié)過程非

7、常緩慢?？傊?，比例調節(jié)能及時進行調節(jié)，積分調節(jié)可以消除靜差。進行調節(jié)，積分調節(jié)可以消除靜差。但它的輸出有段積累過程，過渡過程進行的十分緩慢，但它的輸出有段積累過程，過渡過程進行的十分緩慢，如果系統(tǒng)干擾作用頻繁，更顯得十分乏力，單獨的積分調如果系統(tǒng)干擾作用頻繁，更顯得十分乏力，單獨的積分調節(jié)系統(tǒng)較罕見，它作為一種輔助調節(jié)規(guī)律與比例調節(jié)一起節(jié)系統(tǒng)較罕見，它作為一種輔助調節(jié)規(guī)律與比例調節(jié)一起組成比例積分調節(jié)規(guī)律。組成比例積分調節(jié)規(guī)律。P與I調節(jié)過程的比較PI調節(jié)比例積分調節(jié)比例積分調節(jié)(PI調節(jié)調節(jié))積分調節(jié)可以消除靜差積分調節(jié)可以消除靜差,但有但有滯后現(xiàn)象，比例調節(jié)沒有滯后現(xiàn)象，滯后現(xiàn)象，比例調節(jié)

8、沒有滯后現(xiàn)象，但存在靜差。但存在靜差。PI調節(jié)就是綜合調節(jié)就是綜合P、I兩種調兩種調節(jié)的優(yōu)點，利用節(jié)的優(yōu)點，利用P調節(jié)快速抵消干擾調節(jié)快速抵消干擾的影響，同時利用的影響，同時利用I調節(jié)消除殘差。調節(jié)消除殘差。一般在一般在P調節(jié)的基礎上增加調節(jié)的基礎上增加I調節(jié)需調節(jié)需適當減少比例作用，增大比例度適當減少比例作用，增大比例度D微分調節(jié)D：微分調節(jié)微分調節(jié)一般只與偏差的變化成比例，偏差變化越劇烈，調節(jié)輸出作用越強。從而及時抑制偏差增長，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。微分調節(jié)主要用于調節(jié)對象有大的傳遞滯后和容量滯后。（例如溫度與大容量液位）微分一般用微分時間表示，單位S，用TD表示。在實際使用過程中，值越大作用越

9、強。要注意，微分調節(jié)器不能單獨作用，必須配合使用，并且微分要注意，微分調節(jié)器不能單獨作用，必須配合使用，并且微分調節(jié)無法消除余差，只對偏差變化速度有反應，與偏差大小無調節(jié)無法消除余差，只對偏差變化速度有反應，與偏差大小無關。關。純P作用下的階躍響應純純P調節(jié)為有差調節(jié)調節(jié)為有差調節(jié)比例作用越強，穩(wěn)態(tài)誤差越小，響應快，但超調大比例作用越強，穩(wěn)態(tài)誤差越小，響應快，但超調大PI作用下的階躍響應引入積分，消除了余差引入積分，消除了余差積分作用越強，響應速度越快，超調大，振蕩加劇積分作用越強，響應速度越快，超調大，振蕩加劇PI作用下的階躍響應在同樣積分作用下，減小比例作用，可增加系統(tǒng)穩(wěn)定。PD作用下的階

10、躍響應引入微分項，提高了響應速度，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，引入微分項，提高了響應速度，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PD作用下的階躍響應相同比例作用情況下，微分作用越強，響應速度越快，系統(tǒng)越穩(wěn)定PID作用下的階躍響應PD的基礎上引入積分項，就能達到理想的性能指標，針對不的基礎上引入積分項，就能達到理想的性能指標，針對不同的調節(jié)回路，需要的指標不一樣，因此引入的調節(jié)參數(shù)同的調節(jié)回路，需要的指標不一樣，因此引入的調節(jié)參數(shù)也就不一樣。也就不一樣。PID參數(shù)的工程整定法動態(tài)特性參數(shù)法穩(wěn)定邊界法衰減曲線法經(jīng)驗法實際生產(chǎn)過程中，不可能讓生產(chǎn)工藝產(chǎn)生較大波動，以上方法不通用也不實際，顧

11、本文主要對經(jīng)驗法詳細介紹PID參數(shù)的工程整定法經(jīng)驗法即先確定一個調節(jié)器的參數(shù)值P和I，通過改變給定值對控制系統(tǒng)施加一個擾動，現(xiàn)場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)控制過程曲線，經(jīng)反復湊試直到控制系統(tǒng)符合動態(tài)過程品質要求為止，這時的P和I就是最佳值。 什么樣的PID參數(shù)為最佳衰減比過渡過程曲線上第一個波峰和第二個波峰的峰值比，即B:B,一般為410最好.余差過渡過程終了時，被控變量的穩(wěn)態(tài)值與設定值之間的差,即C，要盡量為0過渡時間控制系統(tǒng)受到擾動后，重新回到新的穩(wěn)態(tài)的最短時間。越短越好。過渡時間位號位號注釋位號標志功能塊模式報警狀態(tài)測量值設定值輸出值輸出指針工程單位設定值指

12、針測量值棒狀圖測量值上限測量值下限報警設置CS3000 儀表面板CS3000 儀表面板輸出值指針設定值指針功能塊模式報警狀態(tài)位號位號注釋位號標志測量值棒狀圖測量值上下限工程單位 改變模式手動自動串級CS3000 操作儀表面板CS3000 調整窗口比例帶表；值越大，作用越小，范圍0-1000 %積分時間；值越大，作用越小，范圍0.1-10000s 微分時間；值越大，作用越大，范圍0-10000s要進行PID參數(shù)調節(jié)，首先必須要有權限。顯示“=”表示可以進行參數(shù)修改，顯示“：”表示不能對參數(shù)進行修改。默認值班長有權限修改。進行PID參數(shù)調節(jié)時，建議按下保留按鈕，以方便在切換畫面后觀察保留的趨勢，P

13、ID參數(shù)調整完后必須取消。實時曲線觀察窗口CS3000系統(tǒng)PID參數(shù)整定方法無擾動切換勿擾動切換：控制回路手動MAN到自動AUT狀態(tài)切換時，保證設定值(SV)與測量值PV保持一致或相當。PID控制只有在控制回路處于AUT狀態(tài)，也就是負反饋回路時才有用。CS3000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，在有靜差的情況下有利于減小靜差，但是過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有比較大的超調，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。增大積分時間I有利于減小超調，減小振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，但是系統(tǒng)靜差消除時間變長。增大微分時間D有利于加快系統(tǒng)的響應速度，使系統(tǒng)超調量減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對擾動的抑制能力

14、減弱。在湊試時，可參考以上參數(shù)對系統(tǒng)控制過程的影響趨勢，對參數(shù)調整實行先比例、后積分，再微分的整定步驟。CS3000系統(tǒng)PID參數(shù)整定方法串級回路PID參數(shù)調整因為串級調節(jié)系統(tǒng)一般應用于容量滯后較大的場合，必須加微分，所以主調一般取PID，而副調一般取P就可以了。但是副參數(shù)是流量，壓力時，可加一定的I作用，這里也不是為了消除余差，只是流量，壓力付對象時間常數(shù)太小，導致副調節(jié)器的P不能太小，調節(jié)作用弱，加上積分是為了使副參數(shù)偏離給定值太遠。CS3000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40100660IA 系統(tǒng)PID參數(shù)整定手動/自動 切換要進行PID參數(shù)調節(jié)，首先必須要有權限，默認情況下值班長有權限修改。P：比例帶；值越大，作用越弱。單位：%I：積分時間；值越大，作用越弱，單位：分鐘m）D：微分時間；值越大，作用越強，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間，為分鐘。IA 系統(tǒng)PID參數(shù)整定IA系統(tǒng)的PID參數(shù)整定方法完全可應用前面介紹的方法，進行經(jīng)驗整定。實時趨勢圖總結控制回路自控的投用并不簡單在于PID參數(shù)的好壞，它與現(xiàn)場閥門響應速度及靈敏度