PID控制器参数整定
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Lambda 法：Kc = 0.56, 7}=) 6.5 niin
仿真举例#2
广义对象特性参数：
K= 1.75 T= 6.5,r= 6.3 min 若采用PI控制器， Z・N法：匕=0.53, R = 20.8 min Lambda 法：Kc = 0.30, 7]= 6.5 min
PID参数在线整定法
+ "o
T=0 J
4整定原则：
R = O.lOmin 或 7} = 0.05miii K,整定原则：
控制增益可人工调楚，但对于设定 值的阶跃变化， 实际流量不应出现超 调。.
流量回路整定仿真举例
Output of Controller
请比较控制器的比例增 益与积分 增益
Time, min
分析下列液位控制问题的不同点
PID （比例■积分■微分）控制器
■理论PID控制器 ■工业PID 控制器（如何构造其仿真模型？）
为微分增益，通常
= 10 o
单回路PI D控制系统应用问题
对于某一动态特性未知的广义被控过程，如何选择PID控制器形式，并 楚定PID控制器参数？
内容
•:・PID控制器类型的选择 •:・控制器参数整定的一般方法 •:・流量控制回路的PID参数整定方 法
△TO,% _TOf顽一TO^g }
△CO, % COfinal — COiniJial:%
r = 1 ・5 X (，o.632z\o — *0.28
T—t' 4 0.632AO
J--
1
o
2
3
4贝6
7
8
9
i —
0
— 000m0000 0
i
n
步骤3：获取初始PID参数
（Ziegler-Nichols 方法）
•液位均匀控制常采用比例控制器（在实际应用 中，
可采用PI控制器，并选择积分时间足够大, 以减 少积分作用）。
•:•比例增益的整定原则：比例增益应尽可能小， 只要液位的波动幅度不超过允许的上下限（对 于可能的大幅度输入流量干扰）。
液位均匀控制系统的分析
假设被控过程的动态方程为
控制器类型 P
PI
< 1) / 7、
X \
＜T
竺、 X
T,
00
3.33 r
PID
注意：上述整定规则仅P艮于
(
X
2.0 T 工
1: 0<v<T
Td
0 0
・ 0-5 r ■
步骤3：获取初始PID参数
（Lambda整定法）
控制器
4 Td
取值
P
< ］、 ，T 、
R X *丁 + 人 j
00
0
A=0
PI
j、 ，T 、
•步骤2：由阶跃响应数据估计特性参数K, T,TO •步骤3：按经验公式设定PID参数虬、7｝、Td，
并将控制器切换至“自动”模式。
•步骤4：根据系统闭环响应情况，增大或减少 控
制器增益虬直至满意为止。
步骤2：获取过程参数
Transmitter Output 80
78
76 74
\
72
70
68
66
\\
•:•步骤1：将在线闭环运行的控制器，完全去除） 积分作用与微分作用（4=最大值，^ = 0） ）
成为纯比例控制器，并设置较小的Kc值。 |
•:・步骤2：施加小幅度的设定值或扰动变化， |
并观察CV的响应曲线。
（
•步骤3：若CV的响应未达到等幅振荡，则增
大H （减少比例带PB）；若CV响应为发散 振荡，
K X 、丁 + 人 j
T
0
2=r
< ］、 （T 、
PID
R X *丁+人
T
r/2
2 = 0.2 T
J
注意：上述整定规则不受或取值的限制
仿真举例#1.75
)
T= 6.5,r= 3.3 min
若采用PI控制器，
(
Z-N 法：Kc = 1.0, 7] = 11 min .
液位回路的动态特性
冬不少液位对象为非自衡的积分过程,无法
进行阶跃响应测试。 •:•当进料流量变化为主要扰动时，对于液位
控制回路，可能存在两种不同的控制目标
(1) 常规液位控制，也称“紧液位控制”； (2) 液位均匀控制，也称“平均液位控制”
常规液位控制
•控制目标是使液位与其设定值的偏差尽可能小， 而 对MV （如输出流量）的波动无限制。
则减少虬。重复步骤2。
|
•步骤4：重复步骤3,直至产生等幅振荡。
在线整定仿真举例
在线整定准则： Ziegler-Nichols 法
L， 由纯比例控制下的等幅振荡曲线，获得临界控制器增益与临界振荡周 期
并按下表得到正常工作下的
控制器参数。
控制器
4
4
Td
P
0.5匕
PI
0.45匕
"•2
PID
0.654〃
Uman
流量回路的动态特性
.:.动态响应的快速性
I
4纯滞后时间接近零,即从理论上讲控制器I
增益可无限大
I
❖测量噪声大
I
•:•为减少控制阀的频繁波动，宜采用PI控制 器，而且控制增益应小、而积分作用应大
［卧接近纯积分控制器）（为什么？）
流量回路的控制参数选择
1 f u(t) = X
Kc e(t) d——j e(r)dr
•:•假设该液位过程为自衡过程，则可采用阶跃响 应
获取K、T、T,并可采用常规的参数整定法
•:•假设该液位过程为非自衡过程，常采用PI控制器,
而且控制增益大、积分作用弱（国接近纯比例 控 制器）（为什么？）
液位均匀控制
•:•控制目标是使操作变量（如储罐输出流量）尽 可能平缓，以减少对下游装置的干扰，而允许 贮雇派位在上下限之间波动。
P
分析上述选择原因？
PID参数整定的概念
过程动态特性 及控制目标
控制器参数
Kc or PB,
)
基于过程特性参数K,々 的 离线参数整定法
•:•步骤1：将控制器从“自动”模式切换至“手
动”模式（此时控制器输出完全由人工控制）， 人为以阶跃方式增大或减少控制器输出，并记 录控制器相关的输入输出动态响应数据。
•:•液位均匀控制系统的PID参数整 定 ••:•S积um分ma饱ry和与防止
PID控制器类型选择
'被控过程 控制器 类 型
温度/成份
PID*1
*1:对于某些具有较长时间常 数的慢过程， 建议弓I入微分 作用。但若存在较大的测
量 噪声，需要对测量信号进行 一阶滤波
或平均滤波
流量/压力/ 初
立
PI
部分液位
"2
"8
在线整定仿真举例
Output of Controller 100
Kcu = 3.4, Tu = 11 min 80
PID: Kc = 2.2, Ti = 5.5 min, Td = 1.4 min
60
40
20
40
60
80
100
Time, min
在线整定法的局限性分析
未知过程的PID参数整定举例
仿真举例#2
广义对象特性参数：
K= 1.75 T= 6.5,r= 6.3 min 若采用PI控制器， Z・N法：匕=0.53, R = 20.8 min Lambda 法：Kc = 0.30, 7]= 6.5 min
PID参数在线整定法
+ "o
T=0 J
4整定原则：
R = O.lOmin 或 7} = 0.05miii K,整定原则：
控制增益可人工调楚，但对于设定 值的阶跃变化， 实际流量不应出现超 调。.
流量回路整定仿真举例
Output of Controller
请比较控制器的比例增 益与积分 增益
Time, min
分析下列液位控制问题的不同点
PID （比例■积分■微分）控制器
■理论PID控制器 ■工业PID 控制器（如何构造其仿真模型？）
为微分增益，通常
= 10 o
单回路PI D控制系统应用问题
对于某一动态特性未知的广义被控过程，如何选择PID控制器形式，并 楚定PID控制器参数？
内容
•:・PID控制器类型的选择 •:・控制器参数整定的一般方法 •:・流量控制回路的PID参数整定方 法
△TO,% _TOf顽一TO^g }
△CO, % COfinal — COiniJial:%
r = 1 ・5 X (，o.632z\o — *0.28
T—t' 4 0.632AO
J--
1
o
2
3
4贝6
7
8
9
i —
0
— 000m0000 0
i
n
步骤3：获取初始PID参数
（Ziegler-Nichols 方法）
•液位均匀控制常采用比例控制器（在实际应用 中，
可采用PI控制器，并选择积分时间足够大, 以减 少积分作用）。
•:•比例增益的整定原则：比例增益应尽可能小， 只要液位的波动幅度不超过允许的上下限（对 于可能的大幅度输入流量干扰）。
液位均匀控制系统的分析
假设被控过程的动态方程为
控制器类型 P
PI
< 1) / 7、
X \
＜T
竺、 X
T,
00
3.33 r
PID
注意：上述整定规则仅P艮于
(
X
2.0 T 工
1: 0<v<T
Td
0 0
・ 0-5 r ■
步骤3：获取初始PID参数
（Lambda整定法）
控制器
4 Td
取值
P
< ］、 ，T 、
R X *丁 + 人 j
00
0
A=0
PI
j、 ，T 、
•步骤2：由阶跃响应数据估计特性参数K, T,TO •步骤3：按经验公式设定PID参数虬、7｝、Td，
并将控制器切换至“自动”模式。
•步骤4：根据系统闭环响应情况，增大或减少 控
制器增益虬直至满意为止。
步骤2：获取过程参数
Transmitter Output 80
78
76 74
\
72
70
68
66
\\
•:•步骤1：将在线闭环运行的控制器，完全去除） 积分作用与微分作用（4=最大值，^ = 0） ）
成为纯比例控制器，并设置较小的Kc值。 |
•:・步骤2：施加小幅度的设定值或扰动变化， |
并观察CV的响应曲线。
（
•步骤3：若CV的响应未达到等幅振荡，则增
大H （减少比例带PB）；若CV响应为发散 振荡，
K X 、丁 + 人 j
T
0
2=r
< ］、 （T 、
PID
R X *丁+人
T
r/2
2 = 0.2 T
J
注意：上述整定规则不受或取值的限制
仿真举例#1.75
)
T= 6.5,r= 3.3 min
若采用PI控制器，
(
Z-N 法：Kc = 1.0, 7] = 11 min .
液位回路的动态特性
冬不少液位对象为非自衡的积分过程,无法
进行阶跃响应测试。 •:•当进料流量变化为主要扰动时，对于液位
控制回路，可能存在两种不同的控制目标
(1) 常规液位控制，也称“紧液位控制”； (2) 液位均匀控制，也称“平均液位控制”
常规液位控制
•控制目标是使液位与其设定值的偏差尽可能小， 而 对MV （如输出流量）的波动无限制。
则减少虬。重复步骤2。
|
•步骤4：重复步骤3,直至产生等幅振荡。
在线整定仿真举例
在线整定准则： Ziegler-Nichols 法
L， 由纯比例控制下的等幅振荡曲线，获得临界控制器增益与临界振荡周 期
并按下表得到正常工作下的
控制器参数。
控制器
4
4
Td
P
0.5匕
PI
0.45匕
"•2
PID
0.654〃
Uman
流量回路的动态特性
.:.动态响应的快速性
I
4纯滞后时间接近零,即从理论上讲控制器I
增益可无限大
I
❖测量噪声大
I
•:•为减少控制阀的频繁波动，宜采用PI控制 器，而且控制增益应小、而积分作用应大
［卧接近纯积分控制器）（为什么？）
流量回路的控制参数选择
1 f u(t) = X
Kc e(t) d——j e(r)dr
•:•假设该液位过程为自衡过程，则可采用阶跃响 应
获取K、T、T,并可采用常规的参数整定法
•:•假设该液位过程为非自衡过程，常采用PI控制器,
而且控制增益大、积分作用弱（国接近纯比例 控 制器）（为什么？）
液位均匀控制
•:•控制目标是使操作变量（如储罐输出流量）尽 可能平缓，以减少对下游装置的干扰，而允许 贮雇派位在上下限之间波动。
P
分析上述选择原因？
PID参数整定的概念
过程动态特性 及控制目标
控制器参数
Kc or PB,
)
基于过程特性参数K,々 的 离线参数整定法
•:•步骤1：将控制器从“自动”模式切换至“手
动”模式（此时控制器输出完全由人工控制）， 人为以阶跃方式增大或减少控制器输出，并记 录控制器相关的输入输出动态响应数据。
•:•液位均匀控制系统的PID参数整 定 ••:•S积um分ma饱ry和与防止
PID控制器类型选择
'被控过程 控制器 类 型
温度/成份
PID*1
*1:对于某些具有较长时间常 数的慢过程， 建议弓I入微分 作用。但若存在较大的测
量 噪声，需要对测量信号进行 一阶滤波
或平均滤波
流量/压力/ 初
立
PI
部分液位
"2
"8
在线整定仿真举例
Output of Controller 100
Kcu = 3.4, Tu = 11 min 80
PID: Kc = 2.2, Ti = 5.5 min, Td = 1.4 min
60
40
20
40
60
80
100
Time, min
在线整定法的局限性分析
未知过程的PID参数整定举例