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1、控制器控制器PID参数参数及其整定方法及其整定方法 教授教授2018年年3月月1主要内容 自动控制系统的组成；自动控制系统的组成；比例比例(P)(P)、积分、积分(I)(I)、微分、微分(D)(D)控制；控制；PIPI控制器、控制器、PDPD控制器、控制器、PIDPID控制器控制器 P P、I I、D D参数的整定方法；参数的整定方法；临界比例度法临界比例度法 衰减曲线法衰减曲线法 经验法经验法2自动控制系统的组成框图自控系统组成LIC3比例(P)控制比例控制：控制器的输出与输入偏差值成比例关系。系统一旦比例控制：控制器的输出与输入偏差值成比例关系。系统一旦出现偏差，比例调节立即产生调节作用以
2、减少偏差。出现偏差，比例调节立即产生调节作用以减少偏差。双位控制比例控制4特点：特点：1 1、过程简单快速，比例作用大，可以加快调节，减少误差；、过程简单快速，比例作用大，可以加快调节，减少误差；2 2、比例作用过大，使系统稳定性下降，造成不稳定。、比例作用过大，使系统稳定性下降，造成不稳定。3 3、有余差存在。、有余差存在。比例(P)控制 P=KP*e=1/KP*100%5积分(I)控制t参数值t阀开度t负荷dP/dt=Ki*eTi=1/Ki（分）（分）积分控制：控制器的输入与输出误差信号的积分成正比关系。积分控制：控制器的输入与输出误差信号的积分成正比关系。6特点：特点：1 1、调节器的输
3、出不仅取决、调节器的输出不仅取决于偏差的大小，而且更主要于偏差的大小，而且更主要的是取决于偏差存在的时间的是取决于偏差存在的时间2 2、积分作用的强弱取决于、积分作用的强弱取决于积分时间常数积分时间常数TiTi，TiTi越小，越小，积分作用就越强。积分作用就越强。3 3、与比例调节相比，积分、与比例调节相比，积分调节使调节过程缓慢，波动调节使调节过程缓慢，波动加大，系统稳定性下降。加大，系统稳定性下降。4 4、可消除系统余差，提高可消除系统余差，提高无差度无差度。积分(I)控制LIC7微分(D)控制微分（微分（D）控制）控制：控制器的输出与输入误差信号的微分成正比：控制器的输出与输入误差信号的
4、微分成正比关系。关系。（即与偏差的变化速度成正比）（即与偏差的变化速度成正比）特点：特点：1 1、消除系统滞后；、消除系统滞后；2 2、超前调节；、超前调节；3 3、易引起系统振荡；、易引起系统振荡；4 4、微分输出只与偏差的变化速、微分输出只与偏差的变化速度有关，而与偏差的大小以及度有关，而与偏差的大小以及偏差是否存在与否无关。偏差是否存在与否无关。8比例、积分、微分调节小结1、比例调节根据、比例调节根据“偏差大小偏差大小”来动作，输出与输入偏差的大小来动作，输出与输入偏差的大小成比例，调节及时、有力，但有余差；比例度越小，调节作用成比例，调节及时、有力，但有余差；比例度越小，调节作用越强，
5、太强时会引起振荡；越强，太强时会引起振荡；2、积分调节根据、积分调节根据“偏差是否存在偏差是否存在”来动作，输出与偏差对时间来动作，输出与偏差对时间的积分成比例，其实质是消除余差。积分使最大动偏差增大，的积分成比例，其实质是消除余差。积分使最大动偏差增大，延长了调节时间；积分时间越小，积分作用越强，太强时易引延长了调节时间；积分时间越小，积分作用越强，太强时易引起振荡；起振荡；3、微分调节根据、微分调节根据“偏差变化速度偏差变化速度”来动作，输出与偏差变化的来动作，输出与偏差变化的速度成比例，有超前调节作用，对滞后大的系统调节效果好。速度成比例，有超前调节作用，对滞后大的系统调节效果好。可减少
6、调节过程的动偏差，缩短调节时间；微分时间越大，作可减少调节过程的动偏差，缩短调节时间；微分时间越大，作用越强，太强时易引起振荡；用越强，太强时易引起振荡；9比例积分（PI）控制器PI控制器：是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。原理图如下：PI控制器优势：引入积分作用能消除余差，弥补了纯比例控制的缺陷，获得较好的控制质量。适用范围：具有大惯性，大滞后特性的被控对象。如锅炉温度控制，风力发电机功率控制等。PI控制器原理图10比例微分（PD）控制器PD控制器：也是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将
7、偏差的比例和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。原理图和PI相似，只是将积分环节换成微分环节。PD控制优势：比例和微分作用结合，比单纯的比例作用更快。适用范围：对容量滞后大的对象，可以减小动偏差的幅度，节省控制时间，显著改善控制质量。11比例积分微分（PID）控制器PID控制器：是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。原理图如下：PID控制器控制效果最为理想。它集三者之长:既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。PID控制器原理图12PID参数的整定方法自动控
8、制系统自动控制系统PIDPID参数整定目标参数整定目标13控制器控制规律的选择原则控制器控制规律的选择原则1.对于一些对象控制通道滞后较小，负荷变化不大，工艺要求对于一些对象控制通道滞后较小，负荷变化不大，工艺要求 又不太高的控制系统，可选用比例控制器。象贮罐的液面，又不太高的控制系统，可选用比例控制器。象贮罐的液面，以及不太重要的蒸汽压力等控制系统。以及不太重要的蒸汽压力等控制系统。2.2.对象控制通道滞后较小，负荷变化不大，但不允许有余差的对象控制通道滞后较小，负荷变化不大，但不允许有余差的 情况，可选用比例积分控制器。例如流量、管道压力等控制情况，可选用比例积分控制器。例如流量、管道压力
9、等控制 系统往往采用控制器。系统往往采用控制器。3.3.当对象滞后较大，如温度、值等控制系统则需引入微分当对象滞后较大，如温度、值等控制系统则需引入微分 作用。一般在对象滞后较大，负荷变化也较大，控制质量又作用。一般在对象滞后较大，负荷变化也较大，控制质量又 要求较高时，可选用比例（要求较高时，可选用比例（P P）积分（）积分（I I）微分（）微分（D D）控制器。）控制器。PID参数的整定方法14PIDPID参数整定参数整定-对已定的控制系统求取保证控制过程质量为最好的控制器参对已定的控制系统求取保证控制过程质量为最好的控制器参 数（比例度数（比例度%、积分时间、积分时间T TI I、微分时
10、间、微分时间T TD D ）PID参数整定方法参数整定方法理论计算参数整定法理论计算参数整定法已知广义对象的数学模型，然后根据系统的已知广义对象的数学模型，然后根据系统的各项质量指标要求，通过计算确定相应的各项质量指标要求，通过计算确定相应的PIDPID参数。参数。现场工程整定法现场工程整定法条件：在工艺过程手操稳定的基础上进行。条件：在工艺过程手操稳定的基础上进行。1 1）临界比例度法）临界比例度法 2 2）衰减曲线法）衰减曲线法 3 3）经验法）经验法 4 4）响应曲线法）响应曲线法PID参数的整定方法15A.将调节器的积分时间TI置于最大（TI=），微分时间置零（TD=0），比例度适当，
11、平衡操作一段时间，把系统投入自动运行。B.将比例度逐渐减小，得到等幅振荡过程，记下临界比例度k和临界振荡周期Tk值。C.根据k和Tk值，采用经验公式，计算出调节器各个参数，即、TI、TD的值。D.按“先P后I最后D”的操作程序将调节器整定参数调到计算值上。若还不够满意，可再作进一步调整。PID参数的整定方法操作方法操作方法方法一：临界比例度法方法一：临界比例度法16临界振荡整定计算公式临界振荡整定计算公式PID参数的整定方法17方法二：衰减曲线法方法二：衰减曲线法衰减曲线法控制器参数计算表衰减曲线法控制器参数计算表方法方法 在纯比例作用下，由大在纯比例作用下，由大到小调整比例度以得到具到小调整
12、比例度以得到具有衰减比（有衰减比（4：1）的过渡）的过渡过程，记下此时的比例度过程，记下此时的比例度 S S及振荡周期及振荡周期T TS S，根据经验，根据经验公式，求出相应的积分时公式，求出相应的积分时间间T TI I和微分时间和微分时间T TD D。PID参数的整定方法181.反应较快的控制系统，要认定反应较快的控制系统，要认定4：1衰减曲线和读出衰减曲线和读出Ts比较比较困难，此时，可用记录来回摆动两次就达到稳定作为困难，此时，可用记录来回摆动两次就达到稳定作为4：1衰减过程。衰减过程。2.在生产过程中，负荷变化会影响过程特性。当负荷变化较在生产过程中，负荷变化会影响过程特性。当负荷变化
13、较大时，必须重新整定调节器参数值。大时，必须重新整定调节器参数值。3.若认为若认为4：1衰减太慢，宜应用衰减太慢，宜应用10：1衰减过程。对于衰减过程。对于10：1衰减曲线法整定调节器参数的步骤与上述完全相同，仅衰减曲线法整定调节器参数的步骤与上述完全相同，仅仅采用计算公式有些不同。仅采用计算公式有些不同。PID参数的整定方法参数的整定方法衰减曲线法注意事项衰减曲线法注意事项19方法三：经验法方法三：经验法（长期的生产实践中总结出来的参数表）方法：方法：根据经验先将控制器参数放在某些数值上，直接在闭合的控制系统中通根据经验先将控制器参数放在某些数值上，直接在闭合的控制系统中通过改变给定值以施加干扰，看输出曲线的形状，以过改变给定值以施加干扰，看输出曲线的形状，以%、T TI I、T TD D，对控制过，对控制过程的规律为指导，调整相应的参数进行凑试，直到合适为止。程的规律为指导，调整相应的参数进行凑试，直到合适为止。PID参数的整定方法20参数整定找最佳，从小到大顺序查先是比例后积分，最后再把微分加曲线振荡很频繁，比例度盘要放大曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳曲线偏离回复慢，积分时间往下降曲线波动周期长，积分时间再加长曲线振荡频率快，先把微分降下来动差大来波动慢。微分时间应加长理想曲线两个波，前高后低4比1一看二调多分析，调节质量不会低PID参数的整定方法经 验 口 诀21