1-PID应用及参数整定方法培训.ppt

1、PIDPID应用及参数整定方法应用及参数整定方法 精细化工行业经理精细化工行业经理- -孙永华孙永华 目录目录 PID控制的原理 1 单回路PID参数整定方法 2 串级控制的PID整定 3 PID模块的一些常用配置 4 （一）（一）PIDPID控制原理控制原理 水箱液位的控制 LC h hsp Qi Qo 测量器：液位计+人眼 控制器：大脑 执行机构：手+手动阀 测量器：液位变送器 控制器：DCS主控卡 执行机构：自动调节阀 从人工控制到自动控制从人工控制到自动控制 若水位变送器提供了信息： (1) 当前液位比期望设定值低50cm (2) 液位还在继续走低 “人”如何调节阀门？ 需要关小出口阀

2、，但还需考虑： (1) 关多少？ (2) 持续多少时间？ (3) 关闭速度为多少？ (4) PIDPID的角色的角色 PID（比例、积分、微分） 反馈控制思想的体现 占实际工业控制回路的90% 充分利用了PV值的当前、预期、历史的信息 PIDPID参数算式和解释参数算式和解释 根据控制目标误差计算调节量： 比例（今天）：与当前e成比例 积分（昨天）：与过去e的累积相关 微分（明天）：与e的未来发展趋势相关 离散增量式离散增量式PIDPID算式算式 计算机控制处理的是离散采样信号，并采用增量式 相比于位置式，更加适合手自动切换 增量式PID具有抗积分饱和的功能 注：控制理论中采用比例增益Kc表示

3、比例强度 工业界一般用比例度P(%) PIDPID并非万能并非万能 影响控制性能的因素： 测量传感器的精度、速度 MV变量精度、速度 控制器的数据处理精度 被控对象、扰动的特性 MV、PV组合不合适 PID参数. 多角度分析，查找主因 （二）单回路（二）单回路PID参数整定方法参数整定方法 比例 积分 微分 主要功能 消除扰动 消除余差 改进控制性能 指标 比例度P 积分时间Ti 微分时间Td 强度关系 P越大，比例越弱 Ti越大，积分越弱 Td越大，微分越强 比例作用（比例作用（P P） 比例作用： 弱-强 调节速度： 超调量： 余差： 稳定性： 慢-快 小-大 大-小 好-差 纯比例作用下

4、，会有余差！ 积分作用（积分作用（I I） 积分作用：弱-强 不比例共同作用， 消除余差 稳定性： 好-差 微分作用（微分作用（D D） 原理：根据将来趋势调节 提高稳定性， 使比例和积分强度可以 增加，提高控制性能。 虽然理论上很完美， 但受噪声影响严重， 实际中除了惯性大的 对象（温度）以外， 用得较少 被控对象特性分类被控对象特性分类 流量：一般响应速度较快，宜用PI 压力、液位：响应速度既有快的，也有慢的，可用PI 温度：典型的慢对象，控制精度要求高，建议采用 PID PIDPID参数整定经验方法参数整定经验方法 定量的经验方法：响应曲线法、临界振荡、衰减振荡 、继电器法 有理论指导，

5、方向明确 方法复杂，现场条件不允许 等幅振荡不一定都是由于参数整定不当所引起 一般整定方法：看曲线，调参数 操作简便实用 需要理论基础和经验积累 PIDPID参数整定经验方法参数整定经验方法 临界振荡 PIDPID参数整定经验方法参数整定经验方法 衰减曲线法 4:1 10:1 响应曲线法响应曲线法 开环阶跃响应 响应曲线法响应曲线法 注：给出了PID参数的参考初始值，一般需要根据控制 效果进行细调 标准算式下的值 经验试凑法经验试凑法 注：给出了PID参数的参考初始值，一般需要根据控制 效果进行细调 经验参考值 根据实际曲线的细调根据实际曲线的细调 在现场调节中，根据相应曲线，对PID参数进行

6、细调 P=33.33%，Ti=10s（参考值）（参考值） 看曲线调看曲线调PIDPID参数参数 以下6个案例，请思考是PID中哪些参数过强、过弱？ PIDPID参数调节例（参数调节例（1 1） P=16.7%，Ti=80s 积分强度丌够，比例过强 PIDPID参数调节例（参数调节例（2 2） P=33.33%，Ti=30s 积分强度丌够 PIDPID参数调节例（参数调节例（3 3） P=100%，Ti=20s 积分强度丌够，比例太弱 PIDPID参数调节例（参数调节例（4 4） 积分足够，比例太弱 P=166.7%，Ti=5s PIDPID参数调节例（参数调节例（5 5） 增加微分作用 抵消比

7、例、积分增强的丌 利影响，改善控制性能 P=14.3%，Ti=40s PIDPID参数调节例（参数调节例（5 5） P=14.3%，Ti=40s, Td=7.5s PIDPID参数调节例（参数调节例（6 6） 积分或比例太强，看具体积分或比例太强，看具体MV的变化的变化 PIDPID参数调节例（参数调节例（6 6） P=25%，Ti=4.5s MV变化与变化与PV基本同步，比例太强基本同步，比例太强 PIDPID参数调节例（参数调节例（6 6） P=333.3%，Ti=0.6s MV变化滞后于PV变化，积分太强 PID总结 PB：越小，速度越快，越不稳 TI：越小，越快消除余差，越容易过冲，越

8、不稳 TD：补偿PB、TI带来的不稳定，放大毛刺，一般仅在 温度对象上使用 大纯滞后对象大纯滞后对象 温度控制中很常见 纯滞后时间和主导时间 常数之比/T0.5 微分作用无助于纯滞后 对象的控制 串级PID能善此类 控制性能 经典例子，洗澡水的控制问题： 冷水 热水 （三）串级（三）串级PIDPID参数的使用和整定参数的使用和整定 （三）串级（三）串级PIDPID参数的使用和整定参数的使用和整定 串级控制（cascade control）原理： 将扰动包含在副回路中 使副回路响应较快 出料 进料 冷却剂 TC2 TC1 T2 T1 使用串级控制的要求使用串级控制的要求 副对象必须是主对象的原因

9、 尽量将扰动包含在副回路中 副对象：麻利的下属 时间常数短，响应速度较快，调节灵敏 主对象：慢性子指挥官 时间常数较长，惯性大，调节相对较慢 出料 进料 冷却剂 TC2 TC1 T2 T1 串级控制串级控制PIDPID参数参数 副回路的积分作用适当减弱 随动系统，无设定值要求 积分作用使响应变慢 对流量、压力之类的副回路对象，可以增加积分作用 ，但要求积分作用较弱，以免过多降低副回路响应速 度 PID参数整定：先副后主 （四）（四）PIDPID模块的一些常用配置模块的一些常用配置 输出MV的上下限限制 正反作用 微分比例先行 微分积分作用的单独切除功能 输出MV的上下限限制 正反作用 不被控对

10、象特性相关 目的：形成负反馈 判断方法： 根据工艺，当PV过高时，如何调节MV？ 1 如果应该降低MV，则为反作用（默认） 2 如果应该增大MV， 则为正作用 出料 进料 冷却剂 TC2 TC1 T2 T1 副控制器：正作用 主控制器：反作用 正反作用 比例、微分先行的含义比例、微分先行的含义 设定值SV发生突变时 偏差E=SV-PV也发生突变 常规PID算法： MV也会发生突变，不利于稳定 比例、微分先行的PID算法： 不会导致MV突变，有利于稳定 注意：串级控制的副回路（内环）丌能用比例微分先行 PIDPID算法选择算法选择 正常PID 微分先行 比例微分均先行 单项作用切除功能单项作用切除功能 PID均可以单独切除 总结总结 工艺优先工艺优先 掌握原理掌握原理 耐心调节耐心调节 注意积累注意积累 谢谢！ 本次膜片形成特别感谢-叶鲁彬博士！