控制回路參數(shù)整定

控制回路參數(shù)整定PID珠海長煉石化設(shè)備有限公司機(jī)動部當(dāng)前1頁，總共23頁。被控對象：自控系統(tǒng)中被控制的工藝管道、設(shè)備或機(jī)器都稱為被控對象。例如反應(yīng)釜、緩沖罐、機(jī)組等。

被控變量：是被控對象的一個參數(shù)。

就是自動控制系統(tǒng)需要維持穩(wěn)定的變量，比如反應(yīng)釜溫度、緩沖罐壓力、塔底液位等。

設(shè)定值(SP)：對被控變量的要求值叫設(shè)定值。

測量值（PV）：利用檢測元件測得被控變量的值，叫測量值

偏差（e）:測量值與設(shè)定值的差叫偏差。

擾動作用：在生產(chǎn)過程中，破壞生產(chǎn)平衡狀態(tài)，引起被控變量偏離設(shè)定值的各種作用，叫作擾動作用。例如調(diào)節(jié)閥前后壓差變化引起液位偏離設(shè)定值。

控制作用：自控系統(tǒng)使被控變量回到給定值而對被控變量實施影響作用叫控制作用。

控制變量：被自控系統(tǒng)用來施加控制作用的變量叫控制變量。就是調(diào)節(jié)閥控制的變量?；靖拍町?dāng)前2頁，總共23頁。擾動作用與控制作用：擾動作用使測量值偏離設(shè)定值，控制作用使測量值回到給定值。擾動是控制作用的起因，控制作用是擾動作用的補(bǔ)償，控制作用對擾動作用補(bǔ)償?shù)脑胶?，自控系統(tǒng)的質(zhì)量越高。自控系統(tǒng)構(gòu)成：4個基本部分：被控對象、測量元件、變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)Pv-spspePIDP執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制作用被控對象擾動被控變量檢測元件、變送器測量值正作用/反作用：偏差增加輸出增加為正作用。偏差增加輸出減少為反作用，調(diào)節(jié)器的正反作用與執(zhí)行機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成一個閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)負(fù)反饋：系統(tǒng)的輸出使系統(tǒng)輸入與系統(tǒng)目標(biāo)的誤差減小，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。指將系統(tǒng)的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入，進(jìn)而影響系統(tǒng)功能的過程。反饋：當(dāng)前3頁，總共23頁。閉環(huán)控制系統(tǒng)有反饋的控制系統(tǒng)就叫閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)沒有反饋的控制系統(tǒng)就叫開環(huán)控制系統(tǒng)。通常為內(nèi)給定系統(tǒng)通常為外給定系統(tǒng)控制系統(tǒng)分類當(dāng)前4頁，總共23頁。簡單調(diào)節(jié)回路控制作用：為了使被控變量回到給定值而對被控變量實施影響作用叫控制作用。簡單控制回路：有一個變送器、一個調(diào)節(jié)器、一個調(diào)節(jié)閥構(gòu)成的控制回路。串級控制回路：在簡單控制回路中增加一個副環(huán)描述：根據(jù)液位的不同改變閥門開度。沒有考慮在閥位不變的條件下流量的變化。描述：根據(jù)液位的不同改變改變流量的大小?？紤]流量擾動。指的是在沒人參與的情況下，利用控制裝置使被控對象或過程自動地按預(yù)定規(guī)律運(yùn)行。自動控制當(dāng)前5頁，總共23頁。比例帶（Kp）它依據(jù)“偏差的大小”來動作。它的輸出的變化量與輸入偏差變化量的大小成比例。Kp=e/▲P*100%1計算公式Kp▲P：控制器輸出的變化量的%e：控制器輸入的變化量的%▲P=e*1/Kp2比例環(huán)節(jié):對偏差瞬間作出快速反映.偏差一旦產(chǎn)生,控制器立即產(chǎn)生控制作用,使被控制量向減少偏差的方向變化.比例控制作用的強(qiáng)弱起決于比例帶值。比例調(diào)節(jié)功能P用調(diào)節(jié)器輸入偏差信號變化的相對值與輸出信號變化的相對值之比的百分?jǐn)?shù)。閉環(huán)控制系統(tǒng)自動控制參數(shù)整定當(dāng)前6頁，總共23頁。比例帶是調(diào)節(jié)回路參數(shù)設(shè)定的基礎(chǔ)。增大比例帶，它意味比例作用減弱；反之，減小比例帶，增強(qiáng)調(diào)節(jié)作用。比例作用弱，曲線飄逸，不能回到給定值上。比例作用過強(qiáng)，曲線發(fā)散震蕩。比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)調(diào)節(jié)動作迅速，無滯后現(xiàn)象。調(diào)節(jié)作用結(jié)束后，會留有一定的余差，比例帶越大，余差越大比例調(diào)節(jié)適用的場合適用于允許有一定偏差、調(diào)節(jié)質(zhì)量要求不高的場合。適用于無滯后的場合。一般液位宜采用比例調(diào)節(jié)當(dāng)前7頁，總共23頁。積分調(diào)節(jié)功能

它依據(jù)“偏差是否存在”來動作。它的輸出的變化量與偏差對時間的積分成比例，只有當(dāng)余差完全消失，積分作用才停止。其實質(zhì)就是消除余差。

積分作用使最大動偏差增大，延長了調(diào)節(jié)時間。用積分時間Ti表示其作用的強(qiáng)弱，單位用分（或秒）表示。Ti越小，積分作用越強(qiáng)，積分作用太強(qiáng)時，也會引起振蕩。積分控制規(guī)律的動態(tài)方程dp/dt=1/Ti*e求導(dǎo)當(dāng)輸入偏差產(chǎn)生階躍A時，調(diào)節(jié)器輸出為：▲P=1/Ti*At3積分作用有滯后特性。也就是說，慢慢的調(diào)整，逐漸消除余差。Ti

為積分時間偏差A(yù)只要不等于0，輸出▲P就要變化，當(dāng)A=0時，輸出的的變化為0，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。一般純積分作用常用于純滯后環(huán)節(jié)，例如加藥比例調(diào)節(jié)，一小時后達(dá)到穩(wěn)態(tài)，可以采用純積分調(diào)節(jié)當(dāng)前8頁，總共23頁。比例積分調(diào)節(jié)功能純積分作用一般不單獨(dú)使用，常和比例控制組合成比例積分控制器。這種控制器相互取長補(bǔ)短，既有比例控制作用動作迅速及時，又有積分控制作用能夠消除余差的特點(diǎn)。比例積分調(diào)節(jié)功能是應(yīng)用最廣泛的調(diào)節(jié)功能。常用于流量、液位、壓力和溫度等。計算公式：▲P=1/K（A+1/Ti*A*t）當(dāng)輸入偏差產(chǎn)生階躍A時，調(diào)節(jié)器輸出為在偏差產(chǎn)生的瞬間，t=0，輸出為▲P=1/K*A，然后在此基礎(chǔ)上隨著時間的推移，積分作用逐漸增強(qiáng)。比例積分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)：當(dāng)輸入偏差e階躍時，比例環(huán)節(jié)及時作用，抑制住擾動的影響――――粗調(diào)，隨后積分調(diào)節(jié)作用逐漸累積、增強(qiáng)，逐步消除余差――――細(xì)調(diào)。比例積分調(diào)節(jié)適用的場合主要用于控制精度要求高，不允許有余差的場合。當(dāng)前9頁，總共23頁。它依據(jù)“偏差變化速度”來動作。它的輸出的變化與輸入偏差變化的速度成比例，其實質(zhì)和效果是阻止被調(diào)參數(shù)的一切變化，有超前調(diào)節(jié)的作用。對滯后較大的對象有很好的效果。使調(diào)節(jié)過程動偏差減少，余差也減少（但不能消除）。用微分時間Td表示作用的強(qiáng)弱，單位用分（或秒）表示。Td大，作用強(qiáng)，Td太大，會引起振蕩?！鳳d=Td*de/dt計算公式當(dāng)輸入偏差e作階躍變化時，輸出一開始就躍變到KD倍，然后逐漸下降到比例作用。由于有超前作用，因而可以得到提前控制的效果，對于常見的容量滯后現(xiàn)象有克服作用。規(guī)定為從最大值下降0.632倍時，經(jīng)過的時間為微分時間。微分時間比例微分調(diào)節(jié)適用的場合適用于容量滯后較大的場合。但不適合純滯后環(huán)節(jié)。比例微分調(diào)節(jié)使用較少，而大多數(shù)是比例、積分、微分三者結(jié)合使用，即PID調(diào)節(jié)。微分調(diào)節(jié)功能比例微分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)當(dāng)前10頁，總共23頁。比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律就是指調(diào)節(jié)器的輸出值與輸入之間的關(guān)系呈現(xiàn)比例、積分、微分三種關(guān)系。比例積分微分調(diào)節(jié)用PID表示。比例積分微分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)在PID調(diào)節(jié)中，比例環(huán)節(jié)是基礎(chǔ)，起基本的調(diào)節(jié)作用，擬制住干擾的擴(kuò)大，積分環(huán)節(jié)起消除余差的作用，以提高調(diào)節(jié)質(zhì)量，微分調(diào)節(jié)有超前作用，可以用來克服容量滯后的現(xiàn)象，得到較好的過渡過程品質(zhì)指標(biāo)。因此，三者的配合使用可以得到較完善的調(diào)節(jié)器功能，使自動控制系統(tǒng)的工作更加穩(wěn)定可靠。比例積分微分適用的場合控制質(zhì)量要求較高的場合。被控參數(shù)有滯后現(xiàn)象，特別是容量滯后的現(xiàn)象比較大的場合。比例積分微分調(diào)節(jié)功能當(dāng)前11頁，總共23頁。PID總結(jié)比例調(diào)節(jié)依據(jù)“偏差的大小”來動作。它的輸出與輸入偏差的大小成比例，調(diào)節(jié)及時，有力，但是有余差。積分調(diào)節(jié)依據(jù)“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(dāng)余差完全消失，積分作用才停止。微分調(diào)節(jié)依據(jù)“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(zhì)和效果是阻止被調(diào)參數(shù)的一切變化，有超前調(diào)節(jié)的作用。當(dāng)前12頁，總共23頁。參數(shù)整定調(diào)節(jié)器參數(shù)只能在一定范圍內(nèi)起作用，如果方案不合理，工況改變、或?qū)儆趦x表和調(diào)節(jié)閥故障，則無法投運(yùn)。調(diào)節(jié)閥、變送器在正常范圍內(nèi)等。不能投自動的系統(tǒng)。原因：控制方案不合理、儀表故障、不在應(yīng)用范圍內(nèi)等。當(dāng)前13頁，總共23頁。臨界比例閥使用較廣的一種方法先在純比例作用下（把積分時間放到最大，微分時間放到零），在閉合的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，從大到小地逐漸地改變調(diào)節(jié)器的比例度，就會得到一個臨界振蕩過程，如圖2所示。這時的比例度叫臨界比例度δk，周期為臨界振蕩周期Tk。記下δk和Tk，然后按表1的經(jīng)驗公式來確定調(diào)節(jié)器的各參數(shù)值。調(diào)節(jié)作用比例度δ（%）積分時間Ti（分）微分時間Td（分）比例2δk比例積分2.2δk0.85Tk比例微分1.8δk0.1Tk比例積分微分1.7δk0.5Tk0.125Tk再根據(jù)運(yùn)行曲線的現(xiàn)狀調(diào)整PID參數(shù)當(dāng)前14頁，總共23頁。兩種情況下不宜采用臨界比例法臨界比例度過小，因為這時候調(diào)節(jié)閥很容易處于全開及全關(guān)位置，對于工藝生產(chǎn)不利，舉例來說，對于一個用燃料油（或瓦斯）加熱的爐子，如δ很小，接近雙位調(diào)節(jié)，將一會兒熄火，一會兒煙囪濃煙直沖。工藝上約束條件較嚴(yán)格時，因為這時候如達(dá)到等幅振蕩，將影響生產(chǎn)的安全運(yùn)行。當(dāng)前15頁，總共23頁。衰減曲線法4：1衰減曲線法

10：1衰減曲線法4：1衰減曲線法

系統(tǒng)處于純比例作用下，在達(dá)到穩(wěn)定時，用改變給定值的辦法加入階躍干擾，觀察記錄曲線的衰減比，然后逐漸從大到小改變比例度，使出現(xiàn)4：1的衰減比為止，如圖3所示。記下此時的比例度δs。再按表2的經(jīng)驗公式來確定PID數(shù)值。調(diào)節(jié)作用比例度δ（%）積分時間Ti（分）微分時間Td（分）比例δs比例積分1.2δs0.5Ts比例積分微分0.8δs0.3Ts0.1Ts當(dāng)前16頁，總共23頁。采用衰減曲線法必須注意事項

加給定干擾不能太大，要根據(jù)生產(chǎn)操作要求來定，一般在5%左右，也有例外的情況。

必須在工藝參數(shù)穩(wěn)定的情況下才能加給定干擾，否則得不到正確得δs、Ts、或δ‘s和T＇s值。

對于反應(yīng)快的系統(tǒng)，如流量、管道壓力和小容量的液位調(diào)節(jié)等，要在記錄紙上嚴(yán)格得到4：1衰減曲線較困難，一般以被調(diào)參數(shù)來回波動兩次達(dá)到穩(wěn)定，就近似地認(rèn)為達(dá)到4：1衰減過程了。調(diào)節(jié)作用比例度δ（%）積分時間Ti（分）微分時間Td（分）比例δ＇s

比例積分1.2δ＇s２Ｔ＇Ｓ

比例積分微分0.8δ＇s１.２Ｔ＇ｓ０.４Ｔ＇ｓ當(dāng)前17頁，總共23頁。實例1234下面舉一個現(xiàn)場整定的例子。在某塔頂溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，被調(diào)參數(shù)是塔頂溫度，工藝允許波動為＜4℃，調(diào)節(jié)參數(shù)是回流量。在整定過程中，考慮到對象滯后較大，反應(yīng)較慢的情況，δ的選擇從50%開始湊試起，此時在階躍作用下（給定值降低2%）的過渡過程曲線見圖（1）。此時調(diào)節(jié)時間長，不起振蕩，于是將比例度減少，δ=30%、20%、及10%時的曲線見（2）、（3）、（4）。顯然，20%的情況最好，衰減比接近4：1，Ts=10分按4：1衰減曲線法數(shù)據(jù)表定出整定參數(shù)：δ=0.8·δs=16%；Ti=0.3·Ts=3分；Td=0.1·Ts=1分。當(dāng)前18頁，總共23頁。實例投運(yùn)時，先將δ放在較大的數(shù)值，把Ti從大減少到3分，把Td從小到大逐步放大到1分，然后把δ拉到15%，（如果在δ=15%的條件下很快地把Td放到1分，調(diào)節(jié)器的輸出會劇烈變化）。再對系統(tǒng)加2%的給定值變化時，仍產(chǎn)生4：1衰減過程，見圖（5）所示，

調(diào)節(jié)質(zhì)量顯著改善，超調(diào)量小于1℃，調(diào)節(jié)時間為6.5分。5當(dāng)前19頁，總共23頁。驗試湊法1.。根據(jù)不同調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)，先把PI、D各參數(shù)放在基本合適的數(shù)值上這些數(shù)值。（由大量實踐經(jīng)驗總結(jié)得來的（按4：1衰減））

調(diào)節(jié)系統(tǒng)比例度δ（%）積分時間Ti（分）微分時間Td（分）說明流量40-1000.1-1對象時間常數(shù)小，并有雜散擾動，δ應(yīng)大，Ti較短，不必用微分。壓力30-700.4-3對象滯后一般不大，δ略小，Ti略大，不用微分。液位20-801-5δ小，Ti較大，要求不高時可不用積分，不用微分。溫度20-603-100.5-3對象容量滯后較大。δ小，Ti大，加微分作用。2.?？辞€，調(diào)參數(shù)，根據(jù)操作經(jīng)驗，看曲線的形狀，直接在閉合的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中逐步反復(fù)試湊，一直得到滿意數(shù)據(jù)。當(dāng)前20頁，總共23頁。參數(shù)整定找最佳，從大到小順次查，先是比例后積分，最后才把微分加；曲線振蕩很頻繁，比例度值要放大，曲線漂浮繞大彎，比例度值應(yīng)減?。磺€偏離回復(fù)慢，積分時間往下降，曲線振蕩周期長，積分時間再加長；曲線振蕩頻率快，先把微分降下來，動差大來波動慢，微分時間應(yīng)加長；理想曲線兩個波，前高后低四比一，一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低。PID整定口訣當(dāng)前21頁，總共23頁。a>

積分時間過小，振蕩周期長，輸出變化到指示變化時間長。b>比例度過小，振蕩周期短，輸出變化到指示變化時間短。c>微分時間過長，振蕩周期最短，輸出變化到指示變化時最短。

a>比例度過大，曲線漂浮繞大彎。b>

積分時間過長，曲線偏離回復(fù)慢。只要測量曲線震蕩，肯定有作用過強(qiáng)的參數(shù)，在無法確定的條件下，可以取消該作用，看看曲線是否震蕩當(dāng)前22頁，總共23頁。關(guān)于小信號切除問題舉一個簡單的例子,如果說差壓變送器的誤差是1%,也就是0.01。開方后流量的誤差就是0.0