PID控制及其基本知识

经验法
• 若将控制系统按液位、流量、温度和 压力参数来分类，属于同一类别的
系统，其对象特性往往比较相近，所以无论是控制器形式还是所整定的参数 均可相互参考。经验法即是按受控变量的性质提出控制参数的合理范围。
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a)、流量系统
它是典型的快过程，且往往具有噪声，对这种过程，多用比例积分作用， 且比例度要大，积分时间可以小一点。
易爆、有毒等工艺场合，在这些地方投运控制系统，自控人员会担一定风险。
因而控制系统的投运工作往往是鉴别自控人员是否具有足够的实践经验和清 晰的控制理论概念的一个重要标准。在这些严峻的场合投运控制系统必须做 到胆大而心细。
控制系统的投运
详细了解工艺，对投运中可能出现的问题有所估计； 吃透控制系统的设计意图； 在现场，通过简单的操作对有关仪表（包括控制阀）的功能做出是否
经验法
• • • • b)、液位系统 对只需要实现平均液位控制的地方，宜用纯比例作用，且比例度要大。 c)、压力系统 压力环路的运行有的很快，有的很慢，对于其性质接近流量系统的仿照 典型流量系统来选择控制器型式和参数，对于有多容对象组成的慢过程，可 以参照典型的温度系统。 d)、温度系统 • 对于间接加热的温度系统，因为它具有测量变送滞后和热传递滞后，所 以显得很缓慢，比例度设置范围为20-60，具体还取决于温度变送范围和控 制阀的具体情况，一般积分时间较大，微分时间约是积分时间的四分之一。
分饱和现象。 • 为了防止积分饱和现象的发生,通常采用对控制输出进行限幅措
施,对于DCS系统中PID控制采取参数调整也可以防止积分饱和现象的
发生。
控制参数的整定
• 控制参数有很多整定方法，如可以利用积分准则（ISE、IAE或ITAE等） 求取最佳参数，但这种方法必须知道对象模型，而且比较费时，他一般适用 于科研工作中做方案比较用，还有几种比较实用的方法： 经验法 临界比例度法 衰减振荡法 响应曲线法
经验法
参数 系统 比例度 积分时间（s） 温度 20-60 流量 40-100 压力 30-70 液面 20-80 3-10 0.1-1 0.4-3 微分时间(s) 0.5-3
• 经验法非常有用，工业生产上大多数 系统只要用这种经验法即能满足要求， 假若还需要更精确调整的话，它起码 提供了合适的初值。需要注意的
是这里的按受控变量类型选择控制参数的做法，都是对具有与典型过 程相近的特性而言的，而生产上有时却并非如此，如少数温度系统却
具有流量系统的快速特性，这时控制器的选择和参数整定就应参照典
型流量系统而不是典型的温度系统。
控制系统的投运
• 经过控制系统设计、仪表调校、安装后，接下来的工作就是控制系统的
投运。也就是将工艺生产从手操状态切入自动控制状态。这工作若做的不好， 会给生产带来很大的波动。由于在化工生产中普遍存在高温、高压、易燃、
什么是PID控制
• PID控制是控制系统的心脏，他的作用是将测量变送信号与设定值相比较 产生偏差值，并按一定的运算规律产生输出信号给控制对象，最终达到控制 被控对象的目的。 • 我们在2000年DCS系统升级时曾经从桑塔木借用了一个PID控制器，它 是单回路的，手自动可以切换。常规的控制规律有比例（P）、积分（I）、 微分（D）。
积分饱和及其防止
• 积分饱和：对于常规的PI和PID控制器，只要受控变量与设定值
之间有偏差，控制器的积分动作就要使他的输出不停地变化，如果由
于阀门已关闭、已全开或设备（如泵）出现故障而失去控制作用，那 么偏差不会被消除。然而控制器还是要试图校正这个偏差，如果给予
足够时间，积分动作将达到某个限值并停留在该值，这种现象称为积
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u(t)
e
被控参数对时间的曲线
SP
余差
t
• • • • • • •
u(t)=Pbe(t)+1/Ti∫0tedt+Tdde/dt+u0 u(t)：控制输出信号 e(t)：设定值与测量信号之差 Pb： 比例度 Ti： 积分时间 Td： 微分时间 u0： 当偏差为零时的输出信号，它反映了比例控制的 工作点
可靠且性能是否基本良好的判断；
设置好控制器的正反作用和PID参数； 按无扰动切换的要求将控制从手动切换到自动。
复杂控制系统通常有：
串级控制系统 前馈控制系统 大纯滞后控制系统
比值控制系统
均匀控制系统 分程控制系统 选择控制系统 推断控制系统
单回路控制系统方框图
△x
•△x = Xm – Xs •(e=r-b)
Xs
Xm
(e)——偏差(error) (r)——给定值 (setpoint) (b)——测量值 (measurement)
三种运算规律的作用
比例作用(P): 优点：简单，调整方便，反y应迅速。 缺点：容易造成系统震荡，不稳定，且会产生余差。 积分作用(I)： 优点：消除稳态余差。 缺点：积分作用过强时（即Ti 过小），可能使控制系统不稳定,。 微分作用(D)： 优点：超前作用增强，也就是消除控制的滞后，稳定性得到加强。 缺点：对高频噪声起放大作用