工业被控过程建模与控制器参数的工程整定

合集下载

控制系统的工程整定方法

• 式中 ζp—衰减振荡曲线的最大超调量； • ζp’—第二个波峰(见图1—19)； • δs—比例控制作用的比例带。 • (1)先把控制器参数设置Ti=∞，Td=0， δ放在较大值，这时控制器只有比例控制作用，比例系数Kp=1/ δ 。 • (2)逐渐减小δ值作阶跃响应试验，直至出现衰Ψ =0.75(即ζp’/ ζ p／=1／4)的衰减振荡过程。 • (3)记下比例带δs和振荡周期Ts。 • 最后，控制器的整定参数就可按表1—1来确定。
• 二、热工控制系统的其他整定 • 除了PID参数整定以外，在实际热工控制系统中，其他环节的正确整定也是同样重要的，如果这些环节整定不正确，将会前功尽弃。这些环节主要有以下几个方面：
• 1．跟踪 • 控制系统投入自动时，首先应避免出现扰动，也就是常说的要“无扰切换”。要做到这一点，必须实现跟踪功能，即在系统处于手动状态时，控制器的输出应自动跟踪操作器的输出，否则当系统投入自动时将引起系统扰动。把操作器人为地切到手动或工况不允许系统在自动状态而把控制器强制切到手动时，都必须实现自动跟踪。 • 对一般系统来说，控制器的输出跟踪操作器的输出。系统由自动切到手动除人为因素外，主要有：一是被控量的测量值与设定值偏差越限；二是控制器指令与位置反馈偏差越限；三是某一设备或系统不具备投自动的条件。对于偏差上下限的确定，煤粉炉一般取±10％，循环流化床锅炉取稍大一些。
控制系统的工程整定方法
• 在自动控制系统方案确定，控制器和控制机构已经选定并安装好以后，控制质量将主要取决于控制器的参数选择，控制器的参数确定即为控制系统的整定。控制系统整定的任务就是根据控制对象的特性及控制系统的结构选择最佳的控制器参数及其他仪表参数，使控制过程具有最佳的品质指标。

调节器工程参数的整定

控制器(调节器)所谓控制器的特征,就是指控制器的输出与输入之间的关系,我们知道,从控制系统的角度讲,控制器的输入信号e(t)就是指控制变量的设定值r(t)与测量值y(t)之差,即e(t)= r(t)- y(t)[但须注意:调节器中的定义就是e(t)= y(t)- r(t)];控制器的输出就是送往执行机构的控制命令u(t)、因此,分析控制器的特征,也就就是分析控制器的输出信号u(t)随输入信号e(t)变化规律,即控制器的控制规律、一、比例控制规律(P):比例控制规律时,调节器输出信号u(t)与输入信号e(t)之间的关系为:u(t)=Kc*e(t)Kc为比例增益、Kc越大,在相同的e(t)输入下,输出u(t)越大、因此Kc就是衡量比例作用强弱的因素、在工业生产中所有的调节器,一般用比例度δ来表示比例作用的强弱、δ=(1/Kc)*100%δ越小, Kc越大,比例控制作用越强,反之, δ越大, Kc越小,比例控制作用越弱、比例作用及比例度δ对系统过渡过程的影响:1.在扰动及设定值变化时有余差存在、2.比例度δ越大,过渡过程曲线越平稳;随着比例度δ的减小,系统的振荡程度加剧,衰减比减小,稳定程度降低、当比例度δ继续减小到某一数值时,系统将出现等幅振荡,这时的比例度δ称为临界比例度δk,当比例度δ小于比例度δk时,系统将发散控制,这就是很危险的、3.最大偏差在二类外作用下不一样:在扰动作用下, δ越小,最大偏差越小;在设定的情况下, δ越小,最大偏差越大、这就是因为最大偏差取决于余差与超调量,在扰动的情况下,主要取决于余差, δ小则余差小;在设定的情况下,则取决于超调量, δ小则超调量大,所以余差大4.如果δ较小,则振荡频率提高,因此把被调量拉回到设定值所需要的时间就短、二、比例积分控制规律比例积分控制规律就是比例作用与积分作用的叠加,调节器输出信号u(t)与输入信号e(t)之间的关系为:u(t)=Kc[e(t)+1/Ti∫e(t)dt]Ti称为积分时间, Ti越大,积分作用越弱; Ti越小,积分作用越强,消除余差较快,控制系统的振荡加快,系统的稳定度下降、Ti的定义:在阶跃偏差作用下,调节器输出达到比例输出的两倍所经历的时间,就就是积分时间Ti、比例积分调节器在投用前,需对比例度与积分时间进行校验、一般就是将比例度置于100%的刻度上,然后对调节器输入一个幅值为A的阶跃偏差,测出调节器的输出跳变值,同时按秒表记时,待到积分输出与比例输出相同时,所经历的时间就就是积分时间、一个比例积分调节可以瞧成就是粗调的比例作用与细调的积分作用的组合、在比例控制系统引入积分作用的优点就是能够消除余差,但降低了系统稳定性、若要保证系统原有的衰减比,必须加大调节器的比例度、如果余差不就是系统的主要的控制指标,就没有必要引入积分作用、在过程的容量滞后大,时间常数大,或负荷变化大,由于积分作用较为迟缓,系统的工艺指标不易满足要求时,才考虑在系统中增加积分作用、积分饱与:当某一极性的偏差持续存在时,一个比例积分调节器或一个比例积分微分调节器的输出将会达到上下限的极限值,以后即使偏差减小,调节器输出仍维持在极限值,调节阀也仍处于全开或全关的极限位置,一直要到偏差改变极性,输出才会发生变化,从而使调节阀的开度也开始变化、解决积分饱与问题的常用方法就是使调节器实现PI-P控制规律,即当调节器的输出在某一范围之内时,它就是PI控制作用,能消余差;当输出超过某一限值时,她就是P作用,能防止积分饱与、三、比例微分控制(PD)理想的微分控制规律,其输出信号正比于输入信号对时间的导数、u(t)=Td*de(t)/dt,Td为微分时间从实际使用的情况来瞧,比例微分控制规律用得较少,在生产上微分往往与比例积分结合在一起使用,组成PID控制、四、比例积分微分控制(PID)单项控制指标衰减比n:振荡过程第一个波的振幅与同一方向的第二个波的振副之比,n越小,意味着控制系统的振荡程度越剧烈,稳定度越低;一般希望过渡过程有二个波左右,与次对应的衰减比在4:1到10:1的范围内、或超调量σ:最大动态偏差emax描述被控变量偏离设定值最大程度的物理量,也就是衡量过渡过程稳定的一个动态指标、对于定值控制系统,最大偏差就是指第一个波的波峰值与设定值之差、余差e:过渡过程终了时设定值与被控变量的稳定值之差、回复时间Ts与振荡频率ω:控制系统在受到外作用后,被控变量从原来的稳定值达到最终稳定值所需要的时间、投运过程1.检测系统投入运行:将检测系统投入运行,观察测量指示就是否正常、2.现场人工操作:现场投入旁路运行,遥控操作就是否正常、3.手动遥控:在控制室内,手动操作,观察调节阀的特性、4.自动控制:待手动遥控使工况稳定,被控变量接近或稳定一段时间后,即可将系统由手操无扰切换到自动运行,实现生产过程的自动控制、调节器参数整定的一般原则1.系统要具有一定的稳定裕度,以便在过程特性有些变动后,调节器参数仍能适应、对于定值调节系统,常取衰减比为4:1,对于随动控制系统,常取衰减比为10:1、2.在满足稳定裕度的条件下,统筹考虑,重点保障主要控制指标,同时使其它控制指标好一些、3.选择比例度δ积分时间Ti与微分时间Td的一些规则如下表:经验法一、先比例,后积分微分:在纯比例作用下,先对比例度进行凑试,待过渡过程基本稳定符合要求后,再加积分作用消除余差,最后加微分作用以提高控制质量,具体整定方法如下:的经验数值,改变设定值,观察记录曲线,若过度时间较长,应减小比例度;若震荡过于剧烈,则应加大比例度,使系统达到4:1衰减震荡的过渡过程为止、2)在加入积分作用时,需将已凑试好的比例度加大10%-20%,然后再将积分时间Ti由大到小凑试,若曲线回复时间教长,应减小Ti,若曲线波动较大,则应增大Ti,直到达到4:1衰减震荡的过渡过程为止、3)若系统需加入微分作用, δ应取得比纯比例作用时更小些, Ti也可相应减小些,一般先取Td=(1/3-1/4) Ti,将微分时间Td由小到大凑试,若曲线超调量大而衰减慢,应增大Td,若曲线震荡厉害,则应减小Td,同时观察曲线,适当调整Ti与δ,以使过度时间短,超调量小,控制质量达到工艺要求为止、调节器正反作用的选择正作用:指调节器的输出随着正偏差(测量值大于设定值)的增加而增加、反作用:指调节器的输出随着正偏差(测量值大于设定值)的增加而减小、。

过程控制课程设计id参数整定

一、课程设计题目：给定被控对象参数,选择PID控制器比例系数KP,积分时间Ti ,微分时间Td ,使被控对象在输入出现扰动的情况下能够达到既定要求的控制曲线;二、课题分析：1、控制系统的参数整定可分为理论计算法和工程整定法,理论计算方法是基于一定的性能指标,结合组成系统各环节的动态特性,通过理论计算求得控制器的动态参数设定值,这种方法比较复杂繁琐,使用不方便,因此一般仅作参考,而工程整定法则是源于理论分析,结合实验,工程实际经验等一套工程上的方法,较为简单,易掌握;2、要求：1通过参数整定选择合适的参数,首先要保证系统稳定,这是最基本的要求;2在热工生产过程中,通常要求控制系统有一定的稳定裕度,即要求过程有一定的衰减比,一般要求4：1~10：13在保证稳定的前提下,要求控制过程有一定的快速性和准确性,所谓准确性就是要求控制过程的动态偏差和稳态偏差尽量小,而快速性就是要求控制过程的时间尽可能短;图1单回路控制系统组成原理方框图根据图1的原理图,我们可以将整个单回路控制系统简化为图2的系统方框图;图2图中Gcs 为控制器传递函数,可以用下图3所示的PID 控制器结构图表示; 上图为典型的PID 控制系统结构图;在PID 调节器的作用下,对误差信号分别进行比例、微分、积分组合控制,调节器的输出作为被控对象的输入控制量; PID 控制算法的模拟表达式为：相应的传递函数为：式中 Kp 为比例系数； Ti 为积分时间常数； Td 为微分时间常数; 在传统的PID 调节器中,确定KP 、Ti 、Td 3个参数的值,是对系统进行控制的关键,因此,在控制最主要的问题是参数的整定问题,在PID 参数进行整定时,若是理论方法确定PID 参数当然是最为理想的,但实际应用中,更多的是通过试凑来确定PID 的参数;而利用matlab 强大的仿真工具箱的功能,可以方便的解决整定的问题; 三、PID 控制分析; 假设被控对象参数为 )2(2+S SP 控制作用分析 ;设Td=0 ,Ti=∞ ,Kp=3~4 ;输入信号为阶跃函数,根据结构图,进行matlab 程序仿真如下：%P 控制作用程序运行M 文件可得到如下图形：比例积分控制作用分析设Kp=3,讨论Ti =2~6 时对系统阶跃响应曲线的影响 %比例积分控制作用程序运行程序后得到下图：比例积分微分控制作用分析设Kp=3,Ti=4,讨论Td=~时对系统阶跃响应曲线的影响; %比例积分微分作用程序运行程序得下结果：初步分析得到下列结论：1、增大比例系数Kp 将加快系统的响应,有利于减小静差,但是过大会使系统有较大的超调,使稳定性变坏,Kp 取值过小,会使系统的动作缓慢;2、增大积分时间常数Ti 有利于减小超调,减小振荡,使系统的稳定性增加,但系统静差消除时间变长,若Ti 过小,系统的稳态误差将难以消除,导致系统不稳定;3、增大微分时间Td 有利于加快系统的响应速度,使系统超调量减小,稳定性增加,但是Td 不能过大,实际系统无法达到要求上诉设计是理想的微分模型,所以如果实际的微分模型在Td 过大时会使超调量增加,调节时间变长,若Td 过小,同样超调量也增加,调节时间也较长;四、Ziegler —Nichols 整定方法;在实际的过程控制系统中,如果数据时通过阶跃响应来获得的,且多数控制系统可以由公式Gs= e -s1τ+TS K 来近似表示,我们可以由表一中给出的经验公式来设计PID 控制器,如果数据是通过频域响应获得的,先画出其对应的Nyquist 曲线,可以得到系统的剪切频率Wc 和极限增益KC,同样,可以有表一给出的经验公式获得PID 控制器的参数;表一1 设想对被控对象开环系统施加一个阶跃信号,通过实验方法,测出其相应信号,如下图所示,则输出信号可由图中的形状近似确定参数K 静态放大系数,τl 滞后时间,和Tm 时间常数,获得上述参数后就可以根据表一得出控制器的参数;ι图6.7图6.8图中L 表示τ ,Tm 表示T ;举例：某个控制系统的对象参数为：Gs=s-e 1s 151τ+ ,求取其P 、PI 、PID 控制的响应曲线; Matlab 程序如下： K=1; T=15; tao=5;num0=1;den0=15 1;num1,den1=padetao,3; %生成纯延迟环节的3阶近似传递函数模型num=convnum0,num1;den=convden0,den1;G=tfnum,den; %生成开环传递函数s=tf's'; %定义拉普拉斯变量因子%P控制其设计PKp=T/Ktao;GK1=PKpG;sys1=feedbackGK1,1,-1;stepsys1,'k' %求p控制作用下系统单位阶跃响应,线形为黑色连线gtext'P'pausehold on%PI控制器设计PIKp=T/Ktao;PITi=3tao;Gc2=PIKp1+1/PITis;GK2=Gc2G;sys2=feedbackGK2,1,-1;stepsys2,'b--' %求PI控制作用下系统单位阶跃响应,形为蓝色虚线gtext'PI'pausehold on%PID控制器设计PIDKp=T/Ktao;PIDTi=2tao;PIDTd=tao;Gc3=PIKp1+1/PITis+PIDTds; GK3=Gc3G;sys3=feedbackGK3,1,-1;stepsys3,'r-' %求PID 控制作用下系统单位阶跃响应,线形为红色实线 title'P , PI , PID 控制单位阶跃响应' xlabel'时间'ylabel'幅值',grid,gtext'PID'得到如下图形：结论：通过图形,我们可以清楚的看出,采用PID 控制可以快速、准确、稳定的对输入的阶跃信号进行控制;所以通过Ziegler —Nichols 整定方法我们可以得到较好的控制曲线,符合课设要求;五、通过matlab 中的simulink 来进行系统的参数整定;利用simulink 进行参数整定更加的有效,而且方便快速; 首先进行PID 控制器的设计;1通过模块的拖拽构成典型的PID 控制器;如下所示2然后进行封装子系统,单击simulink 的library 窗口中的Edit>Creat Subsystem,便产生了子系统;如下图所示; 3进行封装;4PID 控制器子系统构成,可以对其进行操作; 举例：对GS=)3)(2)(1(6+++S S S 对象进行参数整定;按照单回路系统方框图,我们可以再simulink 中绘制出相应的闭环回路图形,如下图所示;我们通过“临界比例带法”对其进行参数整定; 1设TI 和TD 都为零,调节KP 使其产生等幅振荡; 当取比例系数为10时得到等幅振荡;如下图：2根据图形可以得到比例带δ和系统的临界振荡周期T;根据表二可以得到相应的PID参数;表二3由上表可知P控制时,Kp=5,将“Kp”的值设置为5后,仿真运行双击“Scope”得到下图：根据图形我们可以清楚的看到P控制的特点：1、动作快 ;2、有差控制 ; 4由表二可知,PI控制时,比例系数为Kp= ,积分时间常数Ti= ,运行仿真后得到如下图形：同样我们可以看到PI控制的特点,既在消除了静态误差的同时,增加了调节时间,所以是在改善静态品质的同时却恶化了动态品质,使过度过程的振荡加剧,甚至造成系统不稳定;5由表二可知,PID控制时,Kp= ,Ti=1 ,Td= ,运行仿真得到下图：根据上图中的数据,初步估算出衰减比为8：1 ,符合参数整定的稳定、准确、快速的要求,基本达到了工程控制需求;参考文献：MATLAB R2008控制系统动态仿真谢仕宏编化学工业出版社过程控制系统的matlab仿真刘文定、王东林编着机械工业出版社控制系统计算机辅助设计—matlab语言与应用薛定宇清华大学出版社辅助控制系统设计与仿真飞思科技产品研发中心电子工业出版社火电厂热工自动控制技术及应用刘禾、白焰、李新利中国电力出版社过程控制工程及仿真基于matlab/simulink 郭阳宽、王正林电子工业出版社总结：通过这此课程设计,我学会了如果进行控制系统的单回路参数整定,如何设计控制器来满足要求,我还掌握了matlab软件在工程上的应用,尤其是在控制领域的应用,学会了利用matlab中的simulink软件来模拟仿真控制系统;这次课程设计不仅使我对课堂所学的知识有了更加深入的了解,而且还将书本上的知识在工程上加以应用,使我对过程控制这门课有了一个更加全面的认识.此次设计利用了Ziegler—Nichols的整定方法和临界比例带法,能够对一些控制对象进行基本的PID整定;但是此次设计只能是较为基础的整定,不能达到更加“界面化”的程度,根据了解和学习,还可以使用matlab中的GUIDE来编写GUI交互界面,这样可以使整个参数整定过程更加的容易、清晰,达到整个过程“界面化”的程度;由于时间问题,所以不能够进行更加深入的学习;这也是此次课程设计的不足之处;。

控制器参数的工程整定方法

控制器参数的工程整定方法1. 控制器参数整定的概述控制器参数的工程整定方法是指在控制系统中，根据系统的性质和要求，对控制器的参数进行调整和优化的过程。

控制器参数的合理整定可以使系统快速响应、稳定运行，并能够在各种工况下保持良好的控制性能。

2. 控制器参数整定的基本原则在对控制器参数进行整定时，需要遵循以下基本原则：2.1 根据系统性质选择合适的控制器类型不同的系统性质适合不同类型的控制器。

常见的控制器类型包括比例(P)控制器、积分(I)控制器和微分(D)控制器，以及它们的组合PID控制器。

根据系统的特性选择合适的控制器类型是整定参数的前提。

2.2 优先保证系统的稳定性控制器参数的整定首要目标是使系统保持稳定运行。

在整定过程中，应当设置适当的控制增益、积分时间和微分时间，使得系统的闭环响应稳定，不出现振荡和不稳定的情况。

2.3 平衡系统的快速响应和抗干扰能力控制器参数的整定需要权衡系统的快速响应和抗干扰能力。

通常情况下，较大的控制增益可以使系统更快地响应，但也容易引起系统振荡；较小的控制增益可以减小振荡的幅度，但也导致系统响应速度变慢。

2.4 考虑系统的鲁棒性控制器参数整定还需要考虑系统的鲁棒性。

系统在面对参数变化、模型误差和外部干扰时能否保持良好的控制性能。

对于具有较大不确定性的系统，需要采取相对较保守的参数整定策略，以提高系统的鲁棒性。

3. 控制器参数整定的方法3.1 经验整定法经验整定法是基于经验和实践得出的一种参数整定方法。

根据不同的系统性质和要求，经验整定法提供了一些启发式的规则和经验公式，可帮助工程师快速获得合适的控制器参数。

经验整定法的优点是简单易用，但适用于特定场景下。

3.2 频域分析法频域分析法是通过对系统进行频率特性分析，采用Bode图等方法来辨识系统模型，进而进行控制器参数整定的方法。

该方法通常需要求取系统的开环传递函数，并通过频率响应曲线分析系统的稳定性、幅频特性和相频特性，进而确定控制器参数。

过程控制PID整定及参数调整

被控变量 & 操纵变量
控制阀开闭形式、流量特性
控制器的类型及正、反作用
测量变送装置
1.2 被控变量于工艺要求，选择的结果直接影响生产（产品产量、质量、生产安全）
1.2 被控变量的选择
●分类
直接控制
最基本的热工参数，一般是可以直接进行测量和控制的参数
进料流量、进料成分等
1.4 控制阀的选择控制系统的执行部件接受控制器的命令执行控制任务。
选择内容：
口径大小、开闭形式、流量特性、结构形式
1.4 控制阀的选择
●
口径大小
● 直接决定介质流过的能力
口径过大，正常流量时阀门处于小的开度，阀的特性不好；口径过小，正常流量时阀门处于大的开度，阀的特性也不好。通过计算阀的流通能力，并且保证具有一定的余量，具有较宽的可控范围。
1.8.2 控制系统整定 ● 整定方法两类：理论计算和工程整定方法 ●理论整定方法基于控制原理的计算方法（时域法、频域法、根轨迹法等）
1.8.2 控制系统整定
●工程整定方法
理论整定方法，必须要求已知各个环节的传递函数，对于一般的实际问题，难于满足。另外，理论计算也比较烦琐，工程上一般不采用。工程整定方法，直接在闭合的控制回路中对控制器参数进行整定。经验方法，简单、方便，易于掌握，工程实际中广泛采用。
控制器参数整定
目前基本控制器一般均为PID控制器（比例、积分、微分控制器）
PID控制器整定，调节P、I、D参数，使得控制系统的控制性能指标达到满意。
一旦控制控制系统安装到位，控制系统的品质就取决于控制器的参数设置选择什么样的控制系统性能指标
常见的，如4：1衰减等，根据不同的实际情况，有所不同。

PID控制原理与参数的整定方法

PID控制原理与参数的整定方法PID控制器是一种常用的自动控制器，在工业控制中广泛应用。

它的原理很简单，即通过不断调节控制信号来使被控制物体的输出接近给定值。

PID控制器由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个控制参数组成。

下面将详细介绍PID控制的原理和参数整定方法。

一、PID控制原理1.比例（P）控制比例控制根据被控制量的偏差的大小，按照一定比例调节控制量的大小。

当偏差较大时，调节量增大；当偏差较小时，调节量减小。

此项控制可以使系统快速响应，并减小系统稳态误差。

2.积分（I）控制积分控制根据被控制物体的偏差的积分值来调节控制量。

积分控制的作用主要是消除系统的稳态误差。

当偏差较小但持续较长时间时，积分量会逐渐增大，以减小偏差。

3.微分（D）控制微分控制根据被控制物体的偏差的变化率来调节控制量。

当偏差的变化率较大时，微分量会增大，以提前调整控制量。

微分控制可以减小系统的超调和振荡。

综合比例、积分和微分控制，PID控制器可以通过不同的控制参数整定来适应不同的被控制物体的特性。

二、PID控制参数整定方法1.经验整定法经验整定法是根据对被控制系统的调试经验和运行情况来选择控制参数的方法。

它是通过实际试验来调整控制参数，通过观察系统的响应和稳定性来判断参数的合理性。

2. Ziegler-Nichols整定法Ziegler-Nichols整定法是根据系统的临界响应来选择PID控制参数的方法。

在该方法中，首先将I和D参数设置为零，然后不断提高P控制参数直到系统发生临界振荡。

根据振荡周期和振荡增益的比值来确定P、I和D的参数值。

3.设计模型整定法设计模型整定法是根据对被控系统的数学建模来确定PID控制参数的方法。

通过建立被控系统的数学模型，分析其频率响应和稳态特性，从而设计出合理的控制参数。

4.自整定法自整定法是通过主动调节PID控制器的参数，使被控系统的输出能够接近给定值。

该方法可以通过在线自整定或离线自整定来实现。

控制器参数的工程整定方法

控制器参数的工程整定方法一、概述控制器参数的工程整定方法是指对于控制系统中的PID控制器，通过调整其中的三个参数：比例系数Kp、积分时间Ti、微分时间Td，使得系统能够快速、稳定地响应给定信号，并且具有良好的抗干扰能力和适应性。

本文将详细介绍PID控制器参数的选择和调整方法。

二、PID控制器PID控制器是指由比例项、积分项和微分项组成的一种反馈控制器。

其输出值为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，e(t)为目标值与实际值之差，Kp、Ki、Kd分别为比例系数、积分时间和微分时间。

三、参数选择1. 比例系数Kp比例系数Kp决定了输出信号对于误差的敏感程度。

当Kp过大时，系统会变得过于灵敏，导致过度振荡；当Kp过小时，系统会变得迟钝，导致响应速度较慢。

一般来说，可以先将Kp设置为一个较小的值，然后根据实际情况逐步增加或减小。

2. 积分时间Ti积分时间Ti决定了输出信号对于误差的积累程度。

当Ti过大时，系统会出现较长时间的超调现象；当Ti过小时，系统会变得不稳定。

一般来说，可以根据实际情况选择一个合适的初始值，然后通过试错法逐步调整。

3. 微分时间Td微分时间Td决定了输出信号对于误差变化率的敏感程度。

当Td过大时，系统会产生较大的噪声和抖动；当Td过小时，系统会变得过于灵敏。

一般来说，可以将Td设置为一个较小的值，然后根据实际情况逐步增加或减小。

四、参数调整1. 步骤一：将Kp设为一个较小的值（如0.1），将Ti设为一个较大的值（如10s），将Td设为一个较小的值（如0.01s）。

2. 步骤二：进行开环测试。

即在没有反馈控制作用下，给系统输入一定幅值的信号，并记录输出结果。

通过观察输出结果来确定Kp、Ti、Td是否需要进行调整。

3. 步骤三：进行闭环测试。

即在有反馈控制作用下，给系统输入一定幅值的信号，并记录输出结果。

通过观察输出结果来确定Kp、Ti、Td 是否需要进行调整。

工业过程控制中的PID控制器设计与参数调整

工业过程控制中的PID控制器设计与参数调整在工业生产过程中，控制系统起着至关重要的作用，PID （比例-积分-微分）控制器是一种常用的控制器，广泛应用于工业过程控制中。

PID控制器通过对目标系统的测量信号进行反馈，根据误差信号来调整输出信号，使得目标系统的输出尽可能接近设定值。

PID控制器由三部分组成：比例（P）部分、积分（I）部分和微分（D）部分。

比例部分通过测量信号的误差与设定值之间的差异来调整控制器的输出，使得误差减小。

积分部分则根据误差的累积来调整输出，使得系统恢复到设定值附近的状态。

微分部分根据误差的变化率来调整输出，以提高系统的响应速度和稳定性。

在PID控制器的设计和参数调整过程中，首先需要确定控制目标和设定值。

对于工业过程控制，目标通常是将系统的输出控制在一个设定值附近，以实现稳定的工艺生产。

因此设定值的选择非常重要，应该根据具体的工业过程的要求和特点来确定。

接下来是PID控制器的参数设计和调整。

PID控制器的参数包括比例系数（Kp）、积分时间（Ti）和微分时间（Td）。

这些参数的选择和调整需要根据具体的工业过程的特点和要求来进行。

一般来说，参数的选择应该综合考虑系统的稳定性、响应速度和抗干扰能力。

在实际应用中，常用的方法包括根据经验和试错法进行参数调整，或者使用先进的自动调参算法。

经验和试错法可以通过手动调整参数的方式来找到较好的控制效果。

这种方法需要有丰富的经验和对系统特性的深入理解。

自动调参算法则可以根据系统的数学模型和实时测量数据来自动调整参数，以实现最优的控制效果。

这些算法包括遗传算法、模糊控制等，可以大大提高参数调整的效率和精度。

在进行PID控制器的参数调整时，应注意以下几点：1. 首先要保证系统的稳定性和抗干扰能力。

比例系数的选择应适当增大，使得系统对于误差信号的响应更敏感，但也要注意不要过大，避免引起振荡和不稳定。

2. 积分时间的选择应与系统的响应时间相匹配。

较大的积分时间可以增加系统的稳定性和抗干扰能力，但也会导致响应时间变慢。

串级控制系统整理整理

串级控制系统整理手册一、串级控制系统概述串级控制系统是一种常见的复杂控制系统，主要由两个或多个控制环组成，每个控制环都负责调节一个特定的过程变量。

这种系统具有结构紧凑、响应速度快、控制精度高等优点，广泛应用于各类工业生产过程中。

二、串级控制系统的组成1. 主控制环：主控制环负责监控整个过程的主要变量，通常与系统的输出直接相关。

主控制器根据主控制环的偏差，调整副控制器的设定值，以实现系统整体的控制目标。

2. 副控制环：副控制环位于主控制环内部，负责调节过程中的辅助变量。

副控制器根据副控制环的偏差，调整执行机构的输出，以影响主控制环的变量。

3. 执行机构：执行机构是串级控制系统的执行者，负责根据控制器的指令调整过程变量。

常见的执行机构有电机、阀门、变频器等。

4. 被控对象：被控对象是串级控制系统的作用对象，包括各种生产过程中的设备、工艺和参数。

三、串级控制系统的特点1. 快速响应：串级控制系统通过多个控制环的协同作用，能够迅速响应过程变化，提高系统的动态性能。

2. 高精度：串级控制系统可以实现对外部干扰的有效抑制，提高控制精度，确保产品质量。

3. 灵活性：串级控制系统可根据实际生产需求，调整控制参数，适应不同工况。

4. 易于维护：串级控制系统结构清晰，便于故障排查和日常维护。

四、串级控制系统的设计要点1. 确定控制目标：明确串级控制系统的主、副控制环控制目标，确保系统稳定运行。

2. 选择合适的控制器：根据被控对象的特性，选择合适的控制器类型和参数。

3. 优化控制参数：通过调整控制器参数，使串级控制系统达到最佳控制效果。

4. 考虑系统抗干扰能力：在设计过程中，充分考虑外部干扰因素，提高系统的抗干扰能力。

5. 系统调试与优化：在系统投运后，根据实际运行情况，不断调整和优化控制参数，确保系统稳定、高效运行。

五、串级控制系统的实施步骤1. 系统分析与建模：深入了解生产工艺，对被控对象进行详细分析，建立准确的数学模型，为控制器设计提供依据。

工业被控过程建模与控制器参数的工程整定

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程系题目：《工业被控过程建模与控制器参数的工程整定》一．初始条件：1. 给出单容储液槽液位机理建模的过程。

2. 给出工程建模的方法。

3. 给出广义被控对象的单位阶跃响应输出数据。

4. 给出经典的工程整定方法。

5. 给出使用MATLAB 软件建模、绘制与拟合曲线、仿真运行和整定调试的方法。

二．要求完成的主要任务：（一）．设计任务本设计要求完成如下两个大的设计任务，分别是：1.对某一工程对象进行机理建模，应用MATLAB 软件对给定的工程数据进行工程测试建模。

具体要求为：⑴ 参考相关资料，参照《过程控制系统课程设计指导书》给出的单容储液槽液位数学模型的建立方法，应用机理法对某一工业生产过程建立数学模型。

要求模型传递函数为：()1sK G s e Ts τ-=+，写出建模的详细过程，并绘制出示意图。

⑵ 按照下表给出的广义被控生产过程的单位阶跃输入下的输出数据，要求应用MATLAB 软件绘制出其响应曲线。

t(s) 0 10 20 40 60 80 100 140 y 0 0 0.2 0.8 2 3.6 5.48.8t(s) 180 250 300 400 500 600 y11.814.416.618.419.219.6⑶ 写出应用切线法建立数学模型的具体步骤。

要求用计算机绘制其切线图形，并在图上做出详细标注。

⑷ 写出广义对象传递函数。

用计算机在同一图形界面下绘制出阶跃响应曲线和拟合后的曲线。

2. 对所建立的被控对象（广义）数学模型，应用MATLAB软件，建立闭环控制系统模型，并进行工程整定的仿真。

最终给出仿真结果和结论。

具体要求为：⑴以得到的对象数学模型为广义被控对象，在MATLAB中建立闭环控制系统仿真模型。

至少用一种方法进行工程整定。

要求给出整定过程中的模型及中间得到的图形数据。

⑵写出具体的整定步骤和得到的整定参数。

⑶根据整定参数，进行仿真验证。

过程控制课程设计 pid参数整定

一、课程设计题目：给定被控对象参数，选择PID控制器比例系数KP，积分时间Ti ，微分时间Td ，使被控对象在输入出现扰动的情况下能够达到既定要求的控制曲线。

二、课题分析：1、控制系统的参数整定可分为理论计算法和工程整定法，理论计算方法是基于一定的性能指标，结合组成系统各环节的动态特性，通过理论计算求得控制器的动态参数设定值，这种方法比较复杂繁琐，使用不方便，因此一般仅作参考，而工程整定法则是源于理论分析，结合实验，工程实际经验等一套工程上的方法，较为简单，易掌握。

2、要求：（1）通过参数整定选择合适的参数，首先要保证系统稳定，这是最基本的要求。

（2）在热工生产过程中，通常要求控制系统有一定的稳定裕度，即要求过程有一定的衰减比，一般要求4：1~10：1（3）在保证稳定的前提下，要求控制过程有一定的快速性和准确性，所谓准确性就是要求控制过程的动态偏差和稳态偏差尽量小，而快速性就是要求控制过程的时间尽可能短。

图（1）单回路控制系统组成原理方框图根据图（1）的原理图，我们可以将整个单回路控制系统简化为图（2）的系统方框图。

图（2）图中Gc（s）为控制器传递函数，可以用下图（3）所示的PID控制器结构图表示。

上图为典型的PID控制系统结构图。

在PID调节器的作用下，对误差信号分别进行比例、微分、积分组合控制，调节器的输出作为被控对象的输入控制量。

PID控制算法的模拟表达式为：相应的传递函数为：式中 Kp为比例系数； Ti 为积分时间常数； Td 为微分时间常数。

在传统的PID调节器中，确定KP、Ti、Td 3个参数的值，是对系统进行控制的关键，因此，在控制最主要的问题是参数的整定问题，在PID 参数进行整定时，若是理论方法确定PID参数当然是最为理想的，但实际应用中，更多的是通过试凑来确定PID的参数。

而利用matlab强大的仿真工具箱的功能，可以方便的解决整定的问题。

三、PID控制分析。

假设被控对象参数为 )2(2+S S P 控制作用分析。

基于dcs系统的控制回路和pid参数整定方法

基于dcs系统的控制回路和pid参数整定方法文章主题：基于DCS系统的控制回路和PID参数整定方法在工业控制领域，DCS（分散控制系统）被广泛应用于监控和管理生产过程，其中控制回路和PID参数的设置对系统稳定性和性能至关重要。

本文将从简单到复杂的角度，探讨基于DCS系统的控制回路和PID参数整定方法，帮助读者更深入地理解这一关键主题。

1. 了解控制回路的基本原理控制回路是工业自动化中常见的一种控制系统结构，其基本原理是通过传感器采集过程变量，经过控制器处理后输出控制信号，最终实现对被控对象的自动调节。

在DCS系统中，控制回路的联动控制能力对于多个被控对象的同步调节至关重要，因此在设计和实施控制回路时需考虑系统的整体性能和稳定性。

2. 理解PID控制器的作用和参数调节PID控制器是控制回路中常用的控制算法之一，它包括比例（P）、积分（I）、微分（D）三个参数，分别对应控制器对误差的比例、积分和微分响应。

在DCS系统中，PID控制器的参数整定对于控制回路的稳定性和动态性能至关重要。

合理的PID参数设置可以有效抑制系统震荡，提高控制精度和响应速度。

3. DCS系统中的控制回路实践应用在实际工程中，基于DCS系统的控制回路和PID参数整定需要结合具体的生产过程和被控对象特性进行综合考虑。

通过实际案例分析和调试经验共享，可以更好地帮助工程师理解控制回路调试的关键技术和注意事项。

在DCS系统中，控制回路的实践应用需要充分考虑系统的稳定性、鲁棒性和调节的灵活性。

总结与展望：通过本文的深入探讨，读者可以更全面地了解基于DCS系统的控制回路和PID参数整定方法。

在工业控制领域，控制回路的合理设计和PID参数的有效调节对于系统性能的优化至关重要。

未来，随着智能控制技术和工业互联网的发展，控制回路调节的研究和应用将迎来新的挑战和机遇。

个人观点：作为工业控制领域的专家，我深知控制回路和PID参数在DCS系统中的重要性。

过程控制系统智慧树知到答案章节测试2023年青岛理工大学

第一章测试1.前馈控制是过程工业中最常用的控制策略，简单实用且应用广泛。

（）A:错B:对答案:A2.工业生产对过程控制的三项基本要求为：安全性.经济性和稳定性。

（）A:错B:对答案:B3.调节时间是反映控制系统快速性的一个指标。

（）A:对B:错答案:A4.余差是系统的最终稳态偏差，即过渡过程终了时新稳态值与设定值之差。

（）A:对B:错答案:A5.过程控制系统由被控对象.测量变送器.控制器和调节器组成。

（）A:错B:对答案:A第二章测试1.建立动态数学模型的基本方法有机理分析法和经验建模法。

（）A:错B:对答案:B2.为了简化控制系统的分析和设计，常把执行机构.控制器和测量变送环节结合起来考虑，看作是一个广义对象。

（）A:对B:错答案:B3.控制阀的气关形式就是（）A:无信号，阀开B:信号增大，开度减小C:无信号，阀关D:信号增大，开度增大答案:AB4.DDZ-III型仪表的标准信号范围为0~10mADC。

（）A:错B:对答案:A5.测量变送环节的滞后，包括T和τ都会引起测量动态误差。

（）A:对B:错答案:A第三章测试1.纯比例控制器有一个缺点就是当设定值改变后总是存在一定的余差。

（）A:错B:对答案:B2.微分作用常用来抵消比例作用带来的不稳定趋势。

（）A:对B:错答案:B3.对于被控变量是温度的系统，控制器一般选用PID特性。

（）A:错B:对答案:B4.调节器参数的工程整定方法有（）A:衰减振荡法B:反应曲线法C:临界比例度法D:理论计算整定法答案:ABC5.比例作用是依据偏差大小动作的。

（）A:错B:对答案:B第四章测试1.串级控制系统主回路是随动控制系统。

（）A:对B:错答案:B2.串级控制系统参数整定步骤应为先副环后主环。

（）A:对B:错答案:A3.在串级控制系统中，主控制器设定值的类型分别为外给定。

（）A:对B:错答案:B4.串级控制系统主.副对象的时间常数之比，T01/T02＝3～10为好，主.副回路恰能发挥其优越性，确保系统高质量的运行。

PID控制器参数整定的一般方法

PID控制器参数整定的一般方法PID控制器是最常用的自动控制算法之一，在许多工业过程中都得到了广泛的应用。

PID控制器的性能取决于其参数的选择，因此进行参数整定是非常重要的。

一般来说，PID控制器参数整定的方法有试验法、经验法和优化法等。

下面将详细介绍这几种方法。

1.试验法：试验法是最简单直接的一种参数整定方法。

通过对控制系统施加特定的输入信号，观察输出响应的变化，然后根据试验结果来调整PID控制器的参数。

试验法的常用方法有步跃法、阶跃法和波形法等。

-步跃法：将控制系统的输入信号从零突变到一个固定值，观察输出信号的响应曲线。

根据响应曲线的时间延迟、超调量以及过渡过程等特性，来调整PID参数。

-阶跃法：将控制系统的输入信号从零线性增加到一个固定值，观察输出信号的响应曲线。

通过测量响应曲线的时间延迟、超调量和稳定性等指标，来调整PID参数。

-波形法：将控制系统的输入信号设定为一个周期性的波形，观察输出信号对输入信号的跟踪能力。

通过比较输出信号与输入信号的相位差和幅值差，来调整PID参数。

2. 经验法：经验法是基于控制技术专家的经验和实践总结而来的一种参数整定方法。

根据不同的工业过程，控制技术专家给出了一些常用的PID控制器参数整定规则，如Ziegler-Nichols法和Chien-Hrones-Reswick法等。

- Ziegler-Nichols法是一种经验性的整定方法，它基于一种称为临界增益法的原理。

通过逐渐增大PID控制器的增益参数，当系统的输出信号开始出现稳定的周期性振荡时，此时的控制器增益即为临界增益。

然后按照一定的比例来设定PID控制器的参数。

- Chien-Hrones-Reswick法是另一种经验性的整定方法，它基于一种称为极点配置法的原理。

通过观察控制系统的频率响应曲线，根据不同的频率和相位的变化情况来调整PID控制器的参数。

经验法的优点是简单易行，但其缺点是只适用于一些特定的工业过程，且对于复杂的系统来说可能无法得到最佳的参数。

15 控制器参数的整定

PID参数的整定方法---衰减曲线法
① 将控制器的积分时间TI置于最大（ TI =∞），微分时间TD 置零（TD=0），比例带置为较大的数值, 把系统投入闭环运行。
② 系统稳定后，施加一个阶跃输入；减小比例度，直到出现衰减振荡为止。记录比例带，及衰减振荡周期或上升时间。
华北电力大学能源工程及自动化教研室
需要知道数学模型理论计算整定方法
对数频率特性法根轨迹法
工程整定法
不需要事先知道过程的数学模型，可直接在系统中进行现场整定，比较简单
经验法衰减曲线法临界比例度法响应曲线法
华北电力大学能源工程及自动化教研室
10
Click to edit Master title style 《化工仪表及过程控制》
Z (t )
K0

1
O

T0
t
G0' (s)
K0 es 1 T0s
1 es
1 T0s
T
dy
t
dt

y
t

Kxt
华北电力大学能源工程及自动化教研室
D 0.8
TD (0.25 ~ 0.3)
20
Click to edit Master title style 《化工仪表及过程控制》
华北电力大学能源工程及自动化教研室
8
Click to edit Master title style 《化工仪表及过程控制》
PID控制参数的整定方法---原则
被控过程的特点及其控制器参数范围
项目时滞
流量液体压力
无
气体压力无
容量数多容量单容量

浙大工业过程控制-4.PID控制器的参数整定及其应用

2
pid控制器通过比较压力设定值与实际值之间的误差，不断调整气瓶的阀门或泵的工作状态，从而实现对压力的精确控制。
3
在压力控制系统中，pid控制器能够快速响应压力的变化，并自动调整气瓶的阀门或泵的工作状态，确保压力的稳定。
05 结论
pid控制器的发展趋势
智能化
随着人工智能和机器学习技术的发展，PID控制器将逐渐实现智能化，能够自适应地调整参数，提高控制精度和稳定性。
详细描述
智能优化算法利用人工智能和优化算法，如遗传算法、粒子群算法等，自动确定PID控制器的参数。这种方法能够处理高度非线性、不确定性和时变性的系统，但需要较高的计算资源和较长的计算时间。
04 pid控制器的应用实例
液位控制系统
液位控制系统是pid控制器最常见的应用之一。通过pid控制器，可以精确控制液位的高度，使其保持在设定的范围内。
浙大工业过程控制-4.pid控制器的参数整定及其应用
目录
• 引言 • pid控制器的基本原理 • pid控制器的参数整定方法 • pid控制器的应用实例 • 结论Fra bibliotek01 引言
背景介绍
工业过程控制是实现工业自动化和智能化的重要手段，而PID控制器作为一种经典的控制算法，在工业过程控制中得到了广泛应用。
PID控制器具有结构简单、易于实现、鲁棒性强等优点，适用于各种线性或非线性系统。
pid控制器的重要性
PID控制器在工业过程控制中发挥着至关重要的作用，能够提高系统的控制精度、稳定性和响应速度，从而提高生产效率和产品质量。
PID控制器的参数整定是实现其优良性能的关键，需要根据不同的控制系统和工况进行合理调整。
在液位控制系统中，pid控制器能够快速响应液位的变化，并自动调整水泵的工作状态，确保液位高度的稳定。