PID调节经验

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。