調(diào)節(jié)器參數(shù)整定(投自動(dòng)).ppt

1、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定（投自動(dòng)）,判斷一個(gè)人是不是業(yè)內(nèi)人士的方法之一，就是看他說(shuō)不說(shuō)外行話，有時(shí)候甚至一個(gè)詞語(yǔ)就可以判斷。判斷修改確認(rèn)PID參數(shù)的過(guò)程，咱們業(yè)內(nèi)人士有個(gè)專用詞語(yǔ)：整定。如果讀者現(xiàn)在跟誰(shuí)誰(shuí)談話的時(shí)候，說(shuō)PID整定怎么怎么，那么，恭喜你，您是“業(yè)內(nèi)人士”了。 剛來(lái)熱工分場(chǎng)的時(shí)候，以為能維修變送器、執(zhí)行器就可以做好自動(dòng)工作了。其實(shí)不然，在熱工專業(yè)，水平的高低最直接的衡量辦法就是會(huì)不會(huì)投自動(dòng)，也就是看會(huì)不會(huì)整定參數(shù)。,參數(shù)整定找最佳， 從小到大順序查。 先是比例后積分， 最后再把微分加。 曲線振蕩很頻繁， 比例度盤要放大。 曲線漂浮繞大彎， 比例度盤往小扳。 曲線偏離回復(fù)慢， 積分時(shí)間往下降。

2、 曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)， 積分時(shí)間再加長(zhǎng)。 曲線振蕩頻率快， 先把微分降下來(lái)。 動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢， 微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)。 理想曲線兩個(gè)波， 前高后低四比一。 一看二調(diào)多分析， 調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低。,這個(gè)口訣基本是對(duì)的，沒(méi)有嚴(yán)重錯(cuò)誤的地方。可是，對(duì)于一個(gè)初學(xué)者，還是不能判斷怎么算繞大彎，怎么叫做快怎么叫做慢。,“曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)， 積分時(shí)間再加長(zhǎng)?！边@句話。要單純理解這句話很不容易。它的本意是說(shuō)：被調(diào)量波動(dòng)不能穩(wěn)定且周期較長(zhǎng)，需要將積分時(shí)間加長(zhǎng)。 這句話過(guò)于武斷了。積分時(shí)間是否過(guò)長(zhǎng)，不是單純看被調(diào)量的波動(dòng)狀況就能判斷出來(lái)的。尤其是多沖量復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)，同樣被調(diào)量的曲線形狀，不能唯一斷定是某一種因素所致，我們需要把輸

3、出曲線放在一起綜合衡量。積分作用是否過(guò)強(qiáng)的唯一依據(jù)，就是看回調(diào)時(shí)間。到底怎么看回調(diào)時(shí)間？怎樣設(shè)置參數(shù)？,回調(diào)：調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)作用顯現(xiàn)，使得被調(diào)量開始由上升變?yōu)橄陆?，或者由下降變?yōu)樯仙?單回路：就是指有一個(gè)PID的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 串級(jí)：一個(gè)PID不夠用怎么辦？把兩個(gè)PID串接起來(lái)，形成一個(gè)串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。又叫雙回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在第三章里面，咱們還會(huì)更詳細(xì)的講解串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在此先不作過(guò)多介紹。,正作用：比方說(shuō)一個(gè)水池有一個(gè)進(jìn)水口和一個(gè)出水口，進(jìn)水量固定不變，依靠調(diào)節(jié)出水口的水量調(diào)節(jié)水池水位。那么水位如果高了，就需要調(diào)節(jié)出水量增大，對(duì)于PID調(diào)節(jié)器來(lái)說(shuō)，輸出隨著被調(diào)量增高而增高，降低而降低的作用，叫做正作用

4、。 負(fù)作用：還是這個(gè)水池，我們把出水量固定不變，而依靠調(diào)節(jié)進(jìn)水量來(lái)調(diào)節(jié)水池水位。那么如果水池水位增高，就需要關(guān)小進(jìn)水量。對(duì)于PID調(diào)節(jié)器來(lái)說(shuō)，輸出隨著被調(diào)量的增高而降低的作用叫做負(fù)作用。 動(dòng)態(tài)偏差：在調(diào)節(jié)過(guò)程中，被調(diào)量和設(shè)定值之間的偏差隨時(shí)改變，任意時(shí)刻兩者之間的偏差叫做動(dòng)態(tài)偏差。簡(jiǎn)稱動(dòng)差。 靜態(tài)偏差：調(diào)解趨于穩(wěn)定之后，被調(diào)量和設(shè)定值之間還存在的偏差叫做靜態(tài)偏差。簡(jiǎn)稱靜差。,P比例作用趨勢(shì)圖的特征分析 前面說(shuō)過(guò)，所謂的P，就是比例作用，就是把調(diào)節(jié)器的輸入偏差乘以一個(gè)系數(shù)，作為調(diào)節(jié)器的輸出。 溫習(xí)一下：調(diào)節(jié)器的輸入偏差就是被調(diào)量減去設(shè)定值的差值。 一般來(lái)說(shuō)，設(shè)定值不會(huì)經(jīng)常改變，那就是說(shuō)：當(dāng)設(shè)定值

5、不變的時(shí)候，調(diào)節(jié)器的輸出只與被調(diào)量的波動(dòng)有關(guān)。那么我們可以基本上得出如下一個(gè)概念性公式： 輸出波動(dòng)=被調(diào)量波動(dòng)*比例增益,注意，這只是一個(gè)概念性公式，而不是真正的計(jì)算公式。咱們弄個(gè)概念性公式的目的在于：像你我這樣的聰明人，不屑于把精力用在考證那些繁瑣的公式上面，我們關(guān)注什么呢？我們關(guān)注的是公式內(nèi)部的深層含義。呵呵。我們就來(lái)努力挖掘它的深層含義。 通過(guò)概念性公式，我們可以得到如下結(jié)論，對(duì)于一個(gè)單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，單純的比例作用下：,輸出的波形與被調(diào)量的波形完全相似。 一句話：被調(diào)量變化多少，輸出乘以比例系數(shù)的積就變化多少。推論： 1、 對(duì)于正作用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，頂點(diǎn)、谷底均發(fā)生在同一時(shí)刻。 2、 對(duì)于正

6、作用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，被調(diào)量的曲線上升，輸出曲線就上升；被調(diào)量曲線下降，輸出曲線就下降。兩者趨勢(shì)完全一樣。 3、 對(duì)于負(fù)作用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，被調(diào)量曲線和輸出曲線相對(duì)。 4、 波動(dòng)周期完全一致。 5、 只要被調(diào)量變化，輸出就變化；被調(diào)量不變化，不管靜態(tài)偏差有多大，輸出也不會(huì)變化。,上面5條推論很重要，請(qǐng)大家牢牢記住。 思考題： 1、 被調(diào)量回調(diào)的時(shí)候，輸出必然回調(diào)么？ 2、 被調(diào)量不動(dòng)，設(shè)定值改變，輸出怎么辦？ 3、 存在單純的比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)么？ 4、 純比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)會(huì)消除靜差么？,4、 純比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)會(huì)消除靜差么？ 第一條回答：是。 第二條回答：相當(dāng)于被調(diào)量朝相反方向改變。你想啊，調(diào)節(jié)器的輸出等于輸入偏差

7、乘以一個(gè)系數(shù)，設(shè)定值改變就相當(dāng)于設(shè)定值不變被調(diào)量突變。對(duì)吧？ 第三條回答：是。在電腦出現(xiàn)之前，還沒(méi)有DCS，也沒(méi)有集中控制系統(tǒng)。為了節(jié)省空間和金錢，對(duì)于一些最簡(jiǎn)單的有自平衡能力的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，比如水池水位，就用一個(gè)單純的比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)完成調(diào)節(jié)。 第四條回答：否。單純的比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以讓系統(tǒng)穩(wěn)定，可是他沒(méi)有辦法消除靜態(tài)偏差。那么怎么才能消除靜態(tài)偏差呢？依靠積分調(diào)節(jié)作用。,I 純積分作用趨勢(shì)圖的特征分析 I 就是積分作用。 一句話簡(jiǎn)述：如果調(diào)節(jié)器的輸如偏差不等于零，就讓調(diào)節(jié)器的輸出按照一定的速度一直朝一個(gè)方向累加下去。積分相當(dāng)于一個(gè)斜率發(fā)生器。啟動(dòng)這個(gè)發(fā)生器的前提是調(diào)節(jié)器的輸如偏差不等于零，斜率的大小與

8、兩個(gè)參數(shù)有關(guān)：輸入偏差的大小、積分時(shí)間。,在許多調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，規(guī)定單純的積分作用是不存在的。它必須要和比例作用配合在一起使用才有意義。從原理上講，純積分作用可以存在，但是很可能沒(méi)有實(shí)用意義。為了分析方便，把積分作用剝離開來(lái)，對(duì)其作單純的分析。,那么單純積分作用的特性總結(jié)如下：1、 輸出的升降與被調(diào)量的升降無(wú)關(guān)，與輸入偏差的正負(fù)有關(guān)。 2、 輸出的升降與被調(diào)量的大小無(wú)關(guān)。3、 輸出的斜率與被調(diào)量的大小有關(guān)。4、 被調(diào)量不管怎么變化，輸出始終不會(huì)出現(xiàn)節(jié)躍擾動(dòng)。5、 被調(diào)量達(dá)到頂點(diǎn)的時(shí)候，輸出的變化趨勢(shì)不變，速率開始減緩。 6、 輸出曲線達(dá)到頂點(diǎn)的時(shí)候，必然是輸入偏差等于零的時(shí)候。,一般來(lái)說(shuō)，積分作用

9、容易被初學(xué)者重視，重視是對(duì)的，因?yàn)樗梢韵o態(tài)偏差。可是重視過(guò)頭了，就會(huì)形成積分干擾。,D 純微分作用趨勢(shì)圖的特征分析 D就是微分作用。單純的微分作用是不存在的。同積分作用一樣，我們之所以要把微分作用單獨(dú)隔離開來(lái)講，就是為了理解的方便。一句話簡(jiǎn)述：被調(diào)量不動(dòng)，輸出不動(dòng)；被調(diào)量一動(dòng)，輸出馬上跳。根據(jù)微分作用的特點(diǎn)，咱們可以得出如下曲線的推論： 1、微分作用與被調(diào)量的大小無(wú)關(guān)，與被調(diào)量的變化速率有關(guān)； 2、與被調(diào)量的正負(fù)無(wú)關(guān)，與被調(diào)量的變化趨勢(shì)有關(guān)；,3、如果被調(diào)量有一個(gè)，就相當(dāng)于輸入變化的速度無(wú)窮大，那么輸出會(huì)直接到最小或者最大； 4、微分參數(shù)有的是一個(gè)，用微分時(shí)間表示。有的分為兩個(gè)：微分增益

10、和微分時(shí)間。微分增益 表示輸出波動(dòng)的幅度，搏動(dòng)后還要輸出回歸，微分時(shí)間表示回歸的快慢。 5、由第4條得出推論：波動(dòng)調(diào)節(jié)之后，輸出還會(huì)自動(dòng)拐回頭。 微分作用能夠超前調(diào)節(jié)。可是微分作用到底是怎樣超前調(diào)節(jié)的？,比例積分微分三個(gè)作用各有各的特點(diǎn)。這個(gè)必須要區(qū)分清楚。溫習(xí)一下： 比例作用：輸出與輸入曲線相似。積分作用：只要輸入有偏差輸出就變化。 微分作用：輸入有抖動(dòng)輸出才變化，且會(huì)猛變化。,自動(dòng)調(diào)節(jié)并不難，復(fù)雜系統(tǒng)化簡(jiǎn)單。整定要練硬功夫，圖形特征看熟練。趨勢(shì)讀定三要素：設(shè)定被調(diào)和輸出。三個(gè)曲線放一起，然后曲線能判讀。 積分微分先去掉，死區(qū)暫時(shí)也不要。比例曲線最簡(jiǎn)單，被調(diào)、輸出一般般。頂點(diǎn)谷底同時(shí)刻，升降

11、同時(shí)同拐點(diǎn)。波動(dòng)周期都一樣，靜態(tài)偏差沒(méi)法辦。比例從弱漸調(diào)強(qiáng)，階躍響應(yīng)記時(shí)間。時(shí)間放大十來(lái)倍，調(diào)節(jié)周期約在內(nèi)。然后比例再加強(qiáng)，沒(méi)有周期才算對(duì)。,靜差消除靠積分，能消靜差就算穩(wěn)。不管被調(diào)升或降，輸出只管偏差存。輸入偏差等于零，輸出才會(huì)不積分。積分不可加太強(qiáng)，干擾調(diào)節(jié)成擾因。被調(diào)拐點(diǎn)零點(diǎn)間，輸出拐點(diǎn)仔細(xì)辨，三分之一再靠前，才算積分比較穩(wěn)。微分分辨最容易，輸入偏差多注意。偏差不動(dòng)微分死，偏差一動(dòng)就積極。跳動(dòng)之后自動(dòng)回，微分時(shí)間管回歸。微分不要亂使用，要看是否大延時(shí)。風(fēng)壓水位易波動(dòng)，微分作用不適宜。,比例積分和微分，判讀曲線特征真。如果不會(huì)看曲線，多看杖策行吟文綜合比較靈活用，盛極而衰來(lái)扼殺因,PID控

12、制的一種通俗易懂的講解 1、P 比例控制，就是讓他走110步，他按照一定的步伐走到一百零幾步（如108步）或100多步（如112步）就停了。說(shuō)明：P比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-stateerror）。控制模型： 你控制一個(gè)人讓他以PID控制的方式走110步后停下。,2、PI 積分控制，就是他按照一定的步伐走到112步然后回頭接著走，走到108步位置時(shí)，然后又回頭向110步位置走。在110步位置處來(lái)回晃幾次，最后停在110步的位置。說(shuō)明：在積分I控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一

13、個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（SystemwithSteady-stateError）。,為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分（PI）控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。,3、PD 微分控制，就是他按照一定的步伐走到一百零幾步后，再慢慢地向110步的位置靠近，如果最后能精確停在110步的位置，就是無(wú)靜差控制；如果停在110步附近（如1

14、09步或111步位置），就是有靜差控制。說(shuō)明：在微分控制D中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)，其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。,解決的辦法是使抑制誤差作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入“比例P”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)。這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值

15、，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例P+微分D（PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。,PID的故事 小明接到這樣一個(gè)任務(wù)：有一個(gè)水缸點(diǎn)漏水(而且漏水的速度還不一定固定不變)，要求水面高度維持在某個(gè)位置，一旦發(fā)現(xiàn)水面高度低于要求位置，就要往水缸里加水。,小明接到任務(wù)后就一直守在水缸旁邊，時(shí)間長(zhǎng)就覺(jué)得無(wú)聊，就跑到房里看小說(shuō)了，每30分鐘來(lái)檢查一次水面高度。水漏得太快，每次小明來(lái)檢查時(shí)，水都快漏完了，離要求的高度相差很遠(yuǎn)，小明改為每3分鐘來(lái)檢查一次，結(jié)果每次來(lái)水都沒(méi)怎么漏，不需要加水，來(lái)得太頻繁做的是無(wú)用功。幾次試驗(yàn)后，確定每10分鐘來(lái)檢查一次。這個(gè)檢查時(shí)間就稱為采樣周期,開始小明用瓢加水，水龍頭離水缸有十幾米的距離，經(jīng)常要跑好幾趟才加夠水，于是小明又改為用桶加，一加就是一桶，跑的次數(shù)少了，加水的速度也快了，但好幾次將缸給加溢出了，不小心弄濕了幾次鞋，小明又動(dòng)腦筋，我不用瓢也不用桶，老子用盆，幾次下來(lái)，發(fā)現(xiàn)剛剛好，不用跑太多次，也不會(huì)讓水溢出。這個(gè)加水工具的大小就稱為比例系數(shù),小明又發(fā)現(xiàn)水雖然不會(huì)加過(guò)量溢出了，有時(shí)會(huì)高過(guò)要求位置比較多，還是有打濕鞋的危險(xiǎn)。他又想了個(gè)辦法，在水缸上裝一個(gè)漏斗，每次加水不直接倒進(jìn)水缸，而是倒進(jìn)漏斗讓它慢慢加。這樣溢出的問(wèn)題解決了，但加水的速度又慢了，有時(shí)還趕不上漏水的速度。于是他試著變換不同大小口徑的漏斗