PID参数整定 经验(DOC)

PID参数的工程整定方法培训教材

2005年12月20日

目录

第一节基本控制规律及其作用效果 (1)

第二节实用的控制规律 (2)

第三节PID参数的工程整定方法 (3)

第四节复杂调节系统的参数整定 (8)

附录一各厂家DCS系统PID相关数据统计 (8)

附录二相关的名词解释 (9)

第一节基本控制规律及其作用效果

在工业生产过程控制中，常用的基本调节规律大致可分为：

1 位式调节

也就是常说的开/关式调节，它的动作规律是当被控变量偏离给定值时，调节器的输出不是最大就是最小，从而使执行器全开或全关。在实际应用中，常用于机组油箱恒温控制、水塔以及一些储罐的液位控制等。在实施时，

只要选用带上、下限接点的检测仪表、位式调节器或PLC、再配一些继电器、电磁阀、执行器、磁力起动器等即可构成位式控制系统。因此，位式控制的过渡过程必然是一个持续振荡的过程。如图0所示。

图0 位式控制的过渡过程

2 比例调节

它依据“偏差的大小”来动作。它的输出与输入偏差的大小成比例，调节及时，有力，但是有余差。用比例度δ来表示其作用的强弱，用%表示。例如比例度60%，即表示当偏差为量程的60%时，输出变化值为量程的100%。δ越小，调节作用越强，调节作用太强时，会引起振荡。比例调节作用适用于负荷变化小，对象纯滞后不大，时间常数

较大而又允许有余差的控制系统中，常用于塔和储罐的液位控制以及一些要求不高的压力控制中。使用时应注意，当负荷变化幅度较大时，为了平衡负荷变化所需的调节阀开度变化也将较大，待稳定后，被控变量的余差就可能较大。比例控制规律的动态方程为：

其中：y（t）——输出变化量。

e（t）——输入变化量。

Kp ——比例增益。

δ——比例度，它是Kp的倒数。

3 积分调节

它依据“偏差是否存在”来动作。它的输出与偏差对时间的积分成比例，只有当余差完全消失，积分作用才停止。其实质就是消除余差。但积分作用使最大动偏差增大，延长了调节时间。用积分时间Ti 表示其作用的强弱，单位用分（或秒）表示。Ti越小，积分作用越强，积分作用太强时，也会引起振荡。积分控制规律的动态方程为：

其中：TI ——积分时间。

4 微分调节

它依据“偏差变化速度”来动作。它的输出与输入偏差变化的速度成比例，其实质和效果是阻止被调参数的一切变化，有超前调节的作用。对滞后较大的对象有很好的效果。使调节过程动偏差减少，余差也减少（但不能消除）。用微分时间Td表示作用的强弱，单位用分

（或秒）表示。Td大，作用强，Td太大，会引起振荡。微分控制规律的动态方程为：

其中：TD ——微分时间。

第二节实用的控制规律

由于位式调节及易引起振荡，所以除特定场合外，一般应用较少，使用较多的是比例、积分、微分调节作用。但实际上单纯使用比例、积分、微分作用的场合也较少，最多使用的是三种调节规律的组合。组合后的调节规律由图1所示，PID三作用调节质量最好、PI次之，积分最差因此很少单用。其中：

PI作用的传递函数为：

注意：δTi即为积分控制规律的动态方程中TI。

PD作用的传递函数为：

注意：KpTd即为微分控制规律的动态方程中TD。

PID作用的传递函数为：

图1 各种调节规律比较

1—比例微分作用；2—比例积分微分作用；3—比例作用；

4—比例积分作用；5—积分作用；

第三节 PID参数的工程整定方法

调节器参数的整定，是自动调节系统中相当重要的一个问题。在调节方案已经确定，仪表及调节阀等已经选定并已装好之后，调节对象的特性也就确定了，调节系统的品质就主要决定于调节器参数的整定。因此，调节器参数整定的任务，就是对已选定的调节系统，求得最好的调节质量时调节器的参数值，即所谓求取调节器的最佳值，具体讲就是确定最合适的比例度、积分时间和微分时间。

把参数整定工作放在怎样的位置，存在两种片面的看法：

一种看法是过分强调了参数整定的作用，把调节器参数整定看作自动化理论的核心，这当然是错误的。因为调节器参数只能在一定范围内起作用，如果方案不合理，工况改变、或属于仪表和调节阀故障，

则不论怎样去调整比例度，积分时间和微分时间，仍然达不到预定的调节质量要求。同时，调节器参数在目前很难单纯依靠计算的方法来求取，因为计算法要遇到两个很大的困难，一是缺乏足够的对象动态特性资料，实验测试也不容易，二是计算方法繁琐，工作量大，而且对象往往有非线性或改变工艺参数的情况，所以化了不少力气算出来的结果仍不可靠。

另一种看法是过分地贬低参数整定的作用，我们会遇到三类不同的系统情况。第一类是较容易调节的系统：比例度、积分时间和微分时间可以放在很宽的范围，调节质量都能满足。第二类是方案选择不当的系统，不论怎样去整定参数，系统仍不能良好的运行。如果只看到以上两种情况，是会产生不必重视调节器参数整定的错觉。实际上有相当多数量的系统介于这两种极端情况之间，这可以说是第三类的系统，它们在整定参数选择得当的时候，可以运行得很好，反之，在整定参数不合适时，调节质量就达不到要求。我们不要将它们与第二类系统混同起来，错当成不能投入自动的系统。另外，对第一类系统来说也有使调节质量进一步完善的要求。

因此，我们应当重视调节器参数整定的工作，而不要片面地看问题。

参数整定的方法很多，我们只介绍几种工程上最常用的方法。

1 临界比例度法

这是目前使用较广的一种方法，具体作法如下：

先在纯比例作用下（把积分时间放到最大，微分时间放到零），在闭合的调节系统中，从大到小地逐渐地改变调节器的比例度，就会得

到一个临界振荡过程，如图2所示。这时的比例度叫临界比例度δk，周期为临界振荡周期Tk。记下δk和Tk，然后按表1的经验公式来确定调节器的各参数值。

图2 临界振荡示意图

表1 临界比例度法数据表

这种方法在下面两种情况下不宜采用：

1）、临界比例度过小，因为这时候调节阀很容易处于全开及全关位置，对于工艺生产不利，举例来说，对于一个用燃料油（或瓦斯）