单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,PID,回路整定,简易说明,分五个部分对,PID,进行通俗易懂的分析说明,一、中控,ECS700-,标准,PID,控制算法,二、,举例说明,PID,三参数,三、举例说明,PID,控制器的基本原理,四、举例说明,PID,反馈控制的动作曲线,五、,PID,回路的参数整定方法,MVn-,调节阀开度的增量,PB,比例度大小,Ti,积分时间,Ts,采样周期（,1-3s,）,En,采样周期间隔的,偏差的差值（,PVn-SPn,）,-,（,PVn,-1,-SPn,-1,）,En,偏差，即：,PV-SP,Un,微分时间，即：,Td/Ts,（采样周期间隔的,PV,偏差值,）,PVn-PVn,-1,从公式可以看出：,1,、,PB,比例参数：可以控制阀门所有变量的整体,变化速率；,2,、,PB,比例值、,Ti,积分值越小，调节阀变化率越大，,Td,微分值越大，微分效果越明显。,3,、三种系数相关的偏差值，定义是各不相同的。,4,、如果没有偏差，阀门输出的增量为零。,5,、微分跟踪的是,PV,测量值的变化，所以有好超前调节的特性。,一、中控,ECS700-,标准,PID,控制算法,二、,举例说明,PID,三参数,PID,是比例、积分、微分的简称，,PID,控制的难点不是编程，而是控制器的参数整定。参数整定的关,键是正确地理解各参数的物理意义。,PID,控制的原理可以用操作人员对热油炉炉温的手动控制来理解。,有经验的操作人员手动控制热油炉的炉温，可以获得非常好的控制品质，,PID,控制与人工控制的控,制策略有很多相似的地方。,举例：由于热油循环量突然增加，热油炉出口温度就会降低，此时需工艺手动提升炉温,第一步，工艺手动加大给煤量，炉温上升，热油炉出口温度快速上升，,（要求在一定时间内快速上升至热油温度目标值，相当于比例控制）,此时偏差很大，相当于比例,/,积分控制为主,（比例积分控制可形容为火上浇油，比例是火，积分是油）,第二步，工艺手动减少给煤量，当油温接近目标值时，以降低热油升温速度,（减少超调，防止出口热油温度过高，提前操作，相当于微分控制）,提前操作相当于微分控制开始起作用,第三,步，工艺少量或增或减给煤量，直到热油的波动范围达到工艺指数,此时偏差减小，以积分控制为主,第四,步，工艺员如果经验足够丰富，在热油循环量刚开始增加、而油温未降时，就可以手动增加给煤量,（提前增加给煤量，可以减少出口油温较大的波动，相当于微分控制）,此时偏差忽略不计，以微分控制为主,第一部分 举例,说明,第二部分,P,、,I,、,D,三参数说明,操作人员怎样用比例控制的思想来手动控制电加热炉的炉温。操作人员用眼睛读取炉温，并与炉温给定值比较，得到温度的偏差值。然后用手操作燃油调节阀，控制燃油量，使炉温保持在给定值附近。,炉温小于给定值时，偏差为正，给煤量增大，以热油的加热量。炉温大于给定值时，偏差为负，减小给煤量。上述控制策略就是比例控制，即,PID,控制器输出中的比例与出口热油的温度偏差成正比。,此时如果比例太大，调节的力度就会不够，使系统输出量变化缓慢，调节所需的,总时间,就会过长。如果比例过小，调节力度就会太强，将造成调节过头，甚至使温度忽高忽低，来回震荡。,减小比例使,PID,回路反应灵敏，调节速度加快，并且可以减小稳态偏差。但是比例过小会使超调量增大，振荡次数增加，调节时间加长，动态性能变坏，甚至会使闭环系统不稳定。,单纯的比例控制很难保证调节得恰到好处，消除不了静差。,1,.,P-,比例作用,二、,举例说明,PID,三参数,2.I-,积分作用,手动调节温度时，积分控制相当于实时的偏差值，周期性地控制,阀门的开度,，每次调节的,增量值,与当时的偏差值成正比。温度低于设定值时偏差为正，积分项增大，使给煤量逐渐增大，反之积分作用减小。因此只要偏差不为零，控制器的输出就会因为积分作用而不断变化。积分调节的“大方向”是正确的，积分作用有减小偏差的作用。一直要到系统处于稳定状态，这时偏差恒为零，比例部分和微分部分均为零，积分部分才不再变化，并且刚好等于稳态时需要的控制器的输出值。,对应于上述温度控制中调节阀开度。因此积分部分的作用是消除稳态偏差，提高控制精度，积分作用一般是必须的。,PID,控制器输出中的积分部分与偏差的积分成正比。因为积分时间,TI,在积分项的分母中，,TI,越小，积分项变化的速度越快，积分作用越强。,3,D-,微分作用,有经验的操作人员在温度上升过快，但是尚未达到设定值时，会根据温度变化的趋势，,预感,到温度将会超过设定值，出现超调。于是手动减少给煤量。,这相当于开车看到红灯时，考虑到汽车减速的时间，需要一定的提前量一样。,偏差的微分就是偏差的变化速率，偏差变化越快，其微分绝对值越大。偏差增大时，其微分为,正；偏差减小时，其微分为负。控制器输出量的微分部分与偏差的微分成正比，反映了被控量变化,的趋势。,经验总结：,如果阶跃响应的,超调量太大,，经过多次振荡才能稳定或者根本不稳定，应增加比例、增大积分时间。,如果阶跃响应没有超调量，但是被控量,上升过于缓慢,，过渡过程,时间太长,，应按,相反的方向调整参数,。,如果,消除偏差的速度较慢,，可以适当减小积分时间，,增强积分作用,。,反复调节比例系数和积分时间，,如果超调量仍然较大，可以加入微分控制,，微分时间从,0,逐渐增大，反复调节控制器的比例、积分和微分部分的参数。,总之，,PID,参数的调试是一个综合的、各参数互相影响的过程，实际调试过程中的多次尝试是非常重要的，也是必须的。,三、举例说明,PID,控制器的基本原理,PID,属于无模型控制，调节三个环节的参数,P,、,I,、,D,会产生什么影响根据控制对象的不同也会有很大差别。,假设有一个水箱液位控制系统，从空箱补水至某个高度，我们能控制的是比例水龙头的开关大小。,简单的数学模型就是：,MV=(PV-SP)/PB,只需要一个比例调节,也就是说，开始比例水龙头开大点，快灌满的时候关小一点，到了设定高度全关。,1,、比例作用,假设这个水箱有供水用户，用水量是一个定值，那么达到稳态时，就会产生净偏差，,如果,PB,越小，这个净偏差就越小。,结论：减小比例,PB,，有利于减小净偏差。,2,、积分作用,-,如何消除这个净偏差,假设我们增加一个补水的龙头，来消除这个偏差。,这个龙头的开关规则是水位低于设定值就一直往大开，高于设定值就一直关,小，如果用户用水量不变，那么第二个龙头的补水速度总会与用水速度相同，偏,差就消除了。,结论：积分作用可以消除偏差,。,当仅有一个比例龙头注水时，水不会注多的，因为偏差的存在，液位越接近设定,值，水龙头就关的越小。,但第二个积分水龙头在达到水位设定值时，开度是最大的，水自然就注多了。就,是“超调”了，第二个水龙头越粗，多注的水就越多，达到设定值就越快，当然,振荡也最多。,结论：积分时间增大，可以减小超调，减少振荡，使系统的稳定性增加，但是,系统偏差消除时间变长。,看下页左图,过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。右图为何相反呢,?,上面提到积分水龙头接近设定值时，开度最大。而比例水龙头越粗，那么它在超出设定液位时对超调的抑制也最明显。,结论：,PID,参数整定的结论是根据普遍经验总结的，但是针对某个具体的系统不一定完全适用。,3,、微分作用,在上面的水箱系统中，我们假设用户的供水量是一个定值，但实际上供水量是变化的。,此时液位随着时间就会一直波动，光用比例和积分无法使回路输出追上输入的变化步骤，此时需要,加入微分调节，可使输入的变化率等于输出的变化率。那么才可以追踪并抑制变化的信号。,结论：,优点：微分环节主要作用是在响应过程中抑制偏差朝任何方向的变化。,缺点：微分常数不易过大，否则会使响应过程提前制动、延长调节时间。,微分是增大系统阻尼的，系统阻尼大了怎么会降低抗干扰性能？,当大的外部干扰导致,de,变大时，如果微分系数大，则控制器会输出较大的控制力抵消干扰的作用，,如果微分系数小，系统只能在,偏差,变的足够大后才能产生足够大的控制力去抵消外干扰，所以很明显增,大微分系数是增大系统抗干扰能力的，削弱的是抗噪声的能力。,微分系数很大的情况下，阻尼很大，系统,e,的变化会被很强的抑制住。相当于微分相把比例项和积,分项的控制效果也抑制住了，控制器的调节就会变的很慢。,4,、后话,变化信号的变化率只能是常数，也就是斜坡信号，,PID,控制器对线性好、输,入不超过斜坡的回路是简单实用的，但是当变化率是时间的常数时，,PID,就无法,处理了。因为控制器只有一个一阶微分，对于求导后信号还是变化的，是没有办,法的。也就是说,PID,是一种线性的控制器，对于复杂非线性和复杂信号追踪，就,无法控制了。,四、举例说明,PID,反馈控制的动作曲线,此处的比例是比例增益，中控的是比例度,比例增益值越大，作用越强，比例度刚好相反,此处,KP,越大，相当于中控的比例度,P,值越小,目前,PID,回路整定基本以经验法为主,在调试中最重要的问题是在,PID,回路性能不能令人满意时，知道应该调节哪一个参数，该参数应该增大还是减小。,网上的,PID,整定口诀是前辈们总结给一线的工程师们使用的，大体上正确。,但是随着知识水平的提高，不能满足于背口诀，我这个回答就是为了说明口诀的原理,调,PID,的时候先调,P,和,I,是比较常用的办法，为什么先调,P,和,I,？它什么时候是对的？什么时候不对？,就需要理论作为基础,下面将分成两部分进行说明,（一）、,PID,参数整定,-,经验法,PID,整定,（二）、,PID,参数整定,-,软件法,PID,整定,五、,PID,回路,的参数整定方法,（一）、,PID,参数整定,-,经验法,PID,整定,参数整定寻最佳，从大到小顺次查。,先是比例后积分，最后再把微分加。,曲线振荡很频繁，比例度盘要放大。,曲线漂浮绕大弯，比例度盘往小扳。,曲线偏离回复慢，积分时间往下降。,曲线波动周期长，积分时间再加长。,理想曲线两个波，调节过程高质量。,PID,经验整定,“,参数整定寻最佳，从大到小顺次查,。”中的最佳参数问题，很多仪表工程师都有这样的体会，在现场的调节器工程参数整定中，如果只按,4:1,衰减比进行整定，那么可以有很多对的比例度和积分时间同样能满足,4:1,的衰减比，但是这些对的数值并不是任意的组合，而是成对的，一定的比例度必须与一定的积分时间组成一对，才能满足衰减比的条件，改变其中之一，另一个也要随之改变。因为是成对出现的，所以才有调节器参数的“匹配”问题。,“从大到小顺次查”,是说在具体操作时，先把比例度、积分时间放至最大位置，把微分时间调至零。因为我们需要的是衰减振荡的过渡过程，并避免出现其它的振荡过程，在整定初期，把比例度放至最大位置，目的是减小调节器的放大倍数。而积分放至最大位置，目的是先把积分作用取消。把微分时间调至零也是把微分作用取消了。“从大到小,”,就是从大到小改变比例度或积分时间刻度，实质是慢慢的增加比例作用或积分作用的放大倍数。也就是慢慢的增加比例或积分作用的影响，避免系统出现大的振荡。最后再根据系统实际情况决定是否使用微分作用。,“先是比例后积分，最后再把微分加。”是经验法的整定步骤。,比例作用是最基本的调节作用，口诀说的,:,“先是比例后积分”，目的是简化调节器的参数整定，即先把积分作用取消和弱化，待系统较稳定后再投运积分作用。尤其是新安装的控制系统，对系统特性不了解时，,dlr,要做的就是先把积分作用取消，待调整好比例度，使控制系统大致稳定以后，再加入积分作用。对于比例控制系统，如果规定,4:1,的衰减过渡过程，则只有一个比例度能满足这一规定，而其它的任何比例度都不可能使过渡过程的衰减比为,4:1,。因此，对比例控制系统只要找到能满足,4:1,衰减比时的比例度就行了。,在调好比例控制的基础上再加入积分作用，但积分会降低过渡过程的衰减比，则系统的稳定程度也会降低。为了保持系统的稳