PID调节经验

PID调节经验一、了解PID控制的原理和特点在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。比例（P）控制：比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。积分（I）控制：在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分（D）控制：微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。二、我们考虑在什么情况下可以投入自动?1、设定值不是经常改变的时候；2、运行工况比较稳定的时候；根据氯代实际情况，我们有温度PID控制，我们只有在保温时才可以投入自动，加入氯气时可投入自动。三、我们投入自动后参数应怎么观察？在温度系统、液位系统中它的控制对象具有大惯性和时滞特性，并且在实际现场中有大量的干扰源，所以就会导致输出不能及时跟踪设定值、反应扰动情况，如果控制不当的话，就会影响系统的快速性、稳定性，超调和振荡会出现很大地变化；设备会随着时间的推移逐渐老化，系统参数也会形成变化。每一个自动控制过程基本都有相对应的仪表参数。通过仪表连续检测各工艺参数，仪表测定值与设定值之间连续进行比较、反馈，根据这些参数的数据进行手动或自动控制，为了保证自动控制稳定。该仪器还具有连续检测，报警功能，便于及时处理事故。因此，仪表是实现自动控制的前提条件。四、投入自动后，控制参数不稳定怎么办？先切回手动控制，在手动状态下控制阀门使被控参数稳定，然后根据趋势比较修改PID参数，然后再投入自动。五、怎么调整PID参数1、我们先看流传的PID参数整定口诀：参数整定找最佳，从小到大顺序查;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;曲线漂浮绕大湾，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;曲线振荡频率快，先把微分降下来;动差大来波动慢。微分时间应加长;理想曲线两个波，前高后低4比1;一看二调多分析，调节质量不会低。这是一首用经验法进行PID参数工程整定的口诀，该口诀流传至今已有几十年了，其最早出现在1973年11月出版的《化工自动化》一书中。现在网上流传的口诀，看来大多是以该口诀作为蓝本进行了补充和改编而来的，如:“曲线振荡频率快，先把微分降下来，动差大来波动慢。微分时间应加长。”还有的加了:“理想曲线两个波，前高后低4比1，一看二调多分析，调节质量不会低。”等等。2、然后我们分析一下口诀控制系统在设计、整定和运行中，衡量系统质量的依据就是系统的过渡过程。当系统的输入为阶跃变化时，系统的过渡过程表现有:发散振荡、等幅振荡、衰减振荡、单调过程等形式。在多数情况下，dlr都希望得到衰减振荡的过渡过程，且认为如图1所示的过渡过程最好，并把它作为衡量控制系统质量的依据。选用该曲线作为控制系统质量指标的理由是:它第一次回复到给定值较快，以后虽然又偏离了，但偏离不大，并且只有极少数几次振荡就稳定下来了。定量的看，第一个波峰B的高度是第二个波峰B'高度的4倍，所以这种曲线又叫做4:1衰减曲线。在调节器工程整定时，以能得到4:1的衰减过渡过程为最好，这时的调节器参数可叫最佳参数。先谈谈口诀“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。而dlr在实际应用中只有增加一个附加条件，才能从多对数值中选出一对适合的值。这一对适合的值通常称为“最佳整定值”。“从大到小顺次查”中“查”的意思就是找到调节器参数的最佳匹配值。而“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。为了保持系统的稳定程度，可增大调节器的比例度，即减小调节器的放大倍数。这就是dlr在整定中投入积分作用后，要把比例度增大约20％的原因。其实质就是个比例度和积分时间数值的匹配问题，在一定范围内比例度的减小，是可以用增加积分时间的方法来补偿的，但也要看到比例作用和积分作用是互为影响的，如果设置的比例度过大时，即便积分时间恰当，系统控制效果仍然会不佳。在有的场合，也可不强求以上步骤，而dlr是采取按表-1的经验整定法PID参数凑试范围一览表，先把积分、微分时间选择好，然后由大到小的改变比例度进行凑试，直至调节过程曲线满意为止。积分时间和微分时间预置后用比例度凑试，其体现的是经验，如果没有经验就成为盲目调试了。此方法的缺点是当同时使用比例、积分、微分三作用时，不易找到最合适的整定参数，则反复的凑试会费很多时间。表-1经验整定法PID参数凑试范围一览表“曲线振荡很频繁，比例度盘要放大。”说的是比例度过小时，会产生周期较短的激烈振荡，且振荡衰减很慢，严重时甚至会成为发散振荡，如图：所示。这时就要调大比例度，使曲线平缓下来。“曲线漂浮绕大弯，比例度盘往小扳。”说的是比例度过大时会使过渡时间过长，使被调参数变化缓慢，即记录曲线偏离给定值幅值较大，时间较长，这时曲线波动较大且变化无规则，形状像绕大弯式的变化，如图所示。这时就要减小比例度，使余差尽量小。“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。”说的是积分作用的整定方法。当积分时间太长时，会使曲线非周期地慢慢地回复到给定值，即“曲线偏离回复慢”，如图所示。则应减少积分时间。当积分时间太短时，会使曲线振荡周期较长，且衰减很慢，即“曲线波动周期长”，如图所示。则应加长积分时间。调节器的参数按比例积分作用整定好后，我们可在积分时间的0.2~0.5倍范围内来调整微分时间。即“最后再把微分加。”由于微分作用会增强系统的稳定性，故采用微分作用后，调节器的比例度可以再增大一些，一般以增大一些，一般以增大20%为宜。微分作用主要用于滞后和惯性较大的场合，由于微分作用具有超前调节的功能，当系统有较大滞后或较大惯性的情况下，才应启用微分作用。六、PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照：温度T:P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s压力P:P=30~70%,T=24~180s液位L:P=20~80%,T=60~300s流量L:P=40~100%,T=6~60s