调节器调调节规律的选择

调节器调调节规律的选择

目前,工业上常用的主要有P、I、D三种调节规律组合而成。调节器的选型应根据调节系统的特性和工艺要求。

比例调节器的特点是：调节器的输出与偏差成比例，阀门位置与偏差之间有对应关系。当负荷变化时，克服干扰能力强，过渡过程时间短，过程终了存在余差。负荷变化愈大，余差愈大。

它适用于调节通道滞后较小，负荷变化不大，工艺参数只要求在一个范围内变化的系统。如中间贮罐的液位、精馏塔塔釜液位，以及不太重要的蒸汽压力等。

比例积分调节器的特点是：积分作用使调节器的输出与偏差的积分成比例。积分作用使过渡过程结束时无余差，但稳定性降低。虽然加大比例度可以提高稳定性，但超调量和振荡周期都增大，回复时间也加长。

比例积分调节器适用于调通道滞后较小，负荷变化不大，工艺参数不允许有余差的系统。例如流量、压力和要求严格的液位调节系统，都采用比例积分调节器。这是使用最多，应用最广的调节器。

比例积分微分调节器的特点是：微分作用使调节器的输出与偏差变化速度成比例。它对克服容量滞后有显著效果。在比例的基础上加入微分作用则增加稳定性。再加上积分作用可以消除余差。对于滞后很小的对象，应避免引入微分作用，否则会导致系统的不稳定。

PID三作用调节器用于容量滞后较大的对象（如温度对象），负荷变化大的系统可获得满意的调节质量。

调节参数的工程整定

调节系统的过渡过程，与调节对象的特性、干扰形式和大小、调节方案的确定以及调节参数的整定有着密切的关系。对象特性和干扰情况是受工艺操作和设备特性限制的。在确定调节方案时，只能尽量设计合理，并不能任意改变它。一旦方案确定之后，对象各通道的特性就已成定居。这时调节系统的调节质量只取决于调节器参数的整定了。所谓调节器参数的整定，就是求取最好的过渡过程中调节器的比例度δ、积分时间T1、微分时间T D具体数值的工作。

整定调节器参数的方法，至今已有几十种，可分两大类。一类是理论计算整定法。如反应曲线法、频率特性法、根轨迹法等。这些方法都要获得对象的动态特性。由于化工对象特性复杂，其理论推导和实验测定都比较困难；有的不能得到完全符合实际对象特性的资料；有的方法繁琐，计算麻烦；有的采用近似方法忽略了一些因素。因此，最后所得数据可靠性不高，还需要拿到现场去修改。因而在工程上多不采用。

另一类是工程整定的方法。就是避开对象特性曲线和数学描述，直接在调节系统中进行整定。其方法简单，计算简便，容易掌握。当然，这是近似的方法，所得调节器的参数不一定是最佳参数。但是相当实用，可以解决一般实际问题。

一、经验凑试法

此法是根据经验先将调节器参数放在一个数值上，直接在闭合调节系统中，通过改变给定值施加干扰，在记录仪上看过渡过程曲线。

运用δ、T1、T D对过渡过程的影响为指导，按照规定顺序，对比例度δ、积分时间T1、微分时间T D逐个整定，直到获得满意的过渡过程为止。各类调节系统中调节器参数的经验数据，列于表1，特殊系统的调节器参数可适当超出此范围。

凑试的顺序有两种：

一种认为比例作用是基本的调节作用，首先把比例度凑试好，待过渡过程以基本稳定，然后再加积分作用消除余差，最后加入微分作用是为了提高调节质量。按照此顺序观察过渡过程曲线进行整定工作。

在整定中，观察到曲线振荡很频繁，须把比例度增大以减小振荡；曲线最大偏差大且趋于非周期，须把比例度减小。当曲线波动较大时，应增大积分时间，曲线偏离给定值后长时间回不来，则须减小积分时间；如果曲线振荡的厉害，须把微分作用减到最小，或者暂时不加微分作用，以免更加剧振荡；曲线最大偏差大而衰减慢，须把微分时间加长，一直调到过渡过程振荡两个周期基本达到稳定，品质指标达到工艺要求为止。

另一种整定顺序的出发点是，比例度和积分时间可以在一定范围内匹配，所得过渡过程衰减情况一样。也就是说，减小比例度时可用增大积分时间来补偿。因而可根据表1的经验数据，确定积分时间一个数值，调整比例度由大到小凑试到满意的过渡过程。如果需要加入微分作用，可取T D=（1/3~1/4）T i先放好T1和T D，整定好δ之后，再改动一下T1和T D，直到得出满意的过渡过程为止。

二、临界比例度法

此法是先求出临界比例度δK和临界周期T K，根据经验总结出来的关系求出各参数。

先将调节器变为纯比例作用，即将T1放在“∞”位置上，T D放在“0”位置上。加干扰后，调整比例度使过程产生等幅振荡时，记下此时的临界比例度δK，由过程曲线上求取临界周期T K，见图1。

取得δK和T K之后，根据表2中的经验公式计算出调节器各参数整定数值。

三、衰减曲线法

此法是调节器在纯比例作用下，调整比例度得到4：1或10：1衰减的过渡过程，见图2，记下此时的比例度δs和δ′s,在过程曲线上取得振荡周期T S和最大偏差时间T升,根据表3和表4中的经验公式求出相应的δ、T1、T D值.

以上三种方法是调节器参数工程整定方法,现对各方法进行比较，以便选用。

经验凑试法方法简单，容易掌握，适用于各种调节系统。特别是外界干扰作用频繁，记录曲线不规则的调节系统，采用此法最为适合。但是此法是靠经验，对熟悉的系统能很快凑试出合适的调节器参数，而对不熟悉的系统，要凑到一条满意的过程曲线，可能要花很多时间。此法对PID三作用调节器的三个参数不容易找到最佳的数值。临界比例度法比较简单方便，容易掌握和判断，一般适用于流量、压力、液位和温度调节系统。但是对于临界比例度很小的系统不适用。

因为临界比例度很小，则调节器输出一定很大，被调参数容易一下超出允许范围，为工艺所不许可。

衰减曲线法适用于一般情况下各种参数调节系统。但对于干扰频繁，记录曲线不规则且呈锯齿形的调节系统，因为得不到正确的衰减比例度δs和衰减周期T S。

最后必须指出，工艺操作条件改变，及负荷有很大的变化时，调节对象的特性就改变了，因此，调节器的参数必须重新整定。由此可见，整定调节器参数是经常要做的工作，对操作人员和仪表人员都是需要掌握的。

表1

表2