控制回路參數(shù)整定

1、12被控對象被控對象：自控系統(tǒng)中被控制的工藝管道、設備或機器都稱為被控對象。例如反應釜、緩沖罐、機組等。被控變量被控變量：是被控對象的一個參數(shù)。就是自動控制系統(tǒng)需要維持穩(wěn)定的變量，比如反應釜溫度、緩沖罐壓力、塔底液位等。設定值設定值(SP)：對被控變量的要求值叫設定值。測量值（測量值（PV）：利用檢測元件測得被控變量的值，叫測量值偏差（偏差（e）:測量值與設定值的差叫偏差。擾動作用擾動作用：在生產(chǎn)過程中，破壞生產(chǎn)平衡狀態(tài)，引起被控變量偏離設定值的各種作用，叫作擾動作用。例如調節(jié)閥前后壓差變化引起液位偏離設定值。控制作用控制作用：自控系統(tǒng)使被控變量回到給定值而對被控變量實施影響作用叫控制作用?？?/p>

2、制變量控制變量：被自控系統(tǒng)用來施加控制作用的變量叫控制變量。就是調節(jié)閥控制的變量。3擾動作用與控制作用擾動作用與控制作用：擾動作用使測量值偏離設定值，控制作用使測量值回到給定值。擾動是控制作用的起因，控制作用是擾動作用的補償，控制作用對擾動作用補償?shù)脑胶?，自控系統(tǒng)的質量越高。自控系統(tǒng)構成：4個基本部分：被控對象、測量元件、變送器、調節(jié)器、執(zhí) 行機構Pv-spspePIDP執(zhí)行機構控制作用被控對象擾動被控變量檢測元件、變送器測量值正作用正作用/反作用反作用：偏差增加輸出增加為正作用。偏差增加輸出減少為反作用，調節(jié)器的正反作用與執(zhí)行機構共同構成一個閉環(huán)負反饋系統(tǒng)負反饋負反饋：系統(tǒng)的輸出使系統(tǒng)輸入與

3、系統(tǒng)目標的誤差減小，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。指將系統(tǒng)的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入，進而影響系統(tǒng)功能的過 程。反饋反饋：4閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)有反饋的控制系統(tǒng)就叫閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)沒有反饋的控制系統(tǒng)就叫開環(huán)控制系統(tǒng)。通常為內給定系統(tǒng)通常為外給定系統(tǒng)5控制作用控制作用：為了使被控變量回到給定值而對被控變量實施影響作用叫控制作用。簡單控制回路簡單控制回路：有一個變送器、一個調節(jié)器、一個調節(jié)閥構成的控制回路。串級控制回路串級控制回路：在簡單控制回路中增加一個副環(huán)描述：根據(jù)液位的不同改變閥門開度。沒有考慮在閥位不變的條件下流量的變化。

4、描述：根據(jù)液位的不同改變改變流量的大小?？紤]流量擾動。指的是在沒人參與的情況下，利用控制裝置使被控對象或過程自動地按預定規(guī)律運行。自動控制自動控制6比例帶（比例帶（Kp）它依據(jù)“偏差的大小”來動作。它的輸出的變化量與輸入偏差變化量的大小成比例。Kp=e/P*100% 1計算公式KpP：控制器輸出的變化量的%e：控制器輸入的變化量的%P=e*1/Kp 2比例環(huán)節(jié):對偏差瞬間作出快速反映.偏差一旦產(chǎn)生,控制器立即產(chǎn)生控制作用,使被控制量向減少偏差的方向變化. 比例控制作用的強弱起決于比例帶值。比例調節(jié)功能比例調節(jié)功能P用調節(jié)器輸入偏差信號變化的相對值與輸出信號變化的相對值之比的百分數(shù)。7比例帶是調

5、節(jié)回路參數(shù)設定的基礎。增大比例帶，它意味比例作用減弱；反之，減小比例帶，增強調節(jié)作用。比例作用弱，曲線飄逸，不能回到給定值上。比例作用過強，曲線發(fā)散震蕩。比例調節(jié)的特點比例調節(jié)的特點調節(jié)動作迅速，無滯后現(xiàn)象。調節(jié)作用結束后，會留有一定的余差，比例帶越大，余差越大比例調節(jié)適用的場合比例調節(jié)適用的場合適用于允許有一定偏差、調節(jié)質量要求不高的場合。適用于無滯后的場合。一般液位宜采用比例調節(jié)8積分調節(jié)功能積分調節(jié)功能 它依據(jù)“偏差是否存在”來動作。它的輸出的變化量與偏差對時間的積分成比例，只有當余差完全消失，積分作用才停止。其實質就是消除余差。 積分作用使最大動偏差增大，延長了調節(jié)時間。用積分時間Ti

6、表示其作用的強弱，單位用分（或秒）表示。Ti越小，積分作用越強，積分作用太強時，也會引起振蕩。積分控制規(guī)律的動態(tài)方程積分控制規(guī)律的動態(tài)方程dp/dt=1/Ti*e 求導當輸入偏差產(chǎn)生階躍A時，調節(jié)器輸出為：P=1/Ti*A t 3積分作用有滯后特性。也就是說，慢慢的調整，逐漸消除余差。Ti 為積分時間偏差A只要不等于0，輸出P就要變化，當A=0時，輸出的的變化為0，系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)。一般純積分作用常用于純滯后環(huán)節(jié)，例如加藥比例調節(jié)，一小時后達到穩(wěn)態(tài)，可以采用純積分調節(jié)9純積分作用一般不單獨使用，常和比例控制組合成比例積分控制器。這種控制器相互取長補短，既有比例控制作用動作迅速及時，又有積分控制作用

7、能夠消除余差的特點。比例積分調節(jié)功能是應用最廣泛的調節(jié)功能。常用于流量、液位、壓力和溫度等。計算公式：P=1/K（A +1/Ti*A *t）當輸入偏差產(chǎn)生階躍A時，調節(jié)器輸出為在偏差產(chǎn)生的瞬間，t=0，輸出為P=1/K*A，然后在此基礎上隨著時間的推移，積分作用逐漸增強。比例積分調節(jié)的特點比例積分調節(jié)的特點：當輸入偏差e階躍時，比例環(huán)節(jié)及時作用，抑制住擾動的影響粗調，隨后積分調節(jié)作用逐漸累積、增強，逐步消除余差細調。比例積分調節(jié)適用的場合比例積分調節(jié)適用的場合主要用于控制精度要求高，不允許有余差的場合。10它依據(jù)“偏差變化速度”來動作。它的輸出的變化與輸入偏差變化的速度成比例，其實質和效果是阻

8、止被調參數(shù)的一切變化，有超前調節(jié)的作用。對滯后較大的對象有很好的效果。使調節(jié)過程動偏差減少，余差也減少（但不能消除）。用微分時間Td表示作用的強弱，單位用分（或秒）表示。Td大，作用強，Td太大，會引起振蕩。Pd=Td*de/dt計算公式當輸入偏差e作階躍變化時，輸出一開始就躍變到KD倍，然后逐漸下降到比例作用。由于有超前作用，因而可以得到提前控制的效果，對于常見的容量滯后現(xiàn)象有克服作用。規(guī)定為從最大值下降0.632倍時，經(jīng)過的時間為微分時間。微分時間比例微分調節(jié)適用的場合比例微分調節(jié)適用的場合適用于容量滯后較大的場合。但不適合純滯后環(huán)節(jié)。比例微分調節(jié)使用較少，而大多數(shù)是比例、積分、微分三者結

9、合使用，即PID調節(jié)。11比例積分微分調節(jié)規(guī)律就是指調節(jié)器的輸出值與輸入之間的關系呈現(xiàn)比例、積分、微分三種關系。比例積分微分調節(jié)用PID表示。比例積分微分調節(jié)的特點比例積分微分調節(jié)的特點在PID調節(jié)中，比例環(huán)節(jié)是基礎，起基本的調節(jié)作用，擬制住干擾的擴大，積分環(huán)節(jié)起消除余差的作用，以提高調節(jié)質量，微分調節(jié)有超前作用，可以用來克服容量滯后的現(xiàn)象，得到較好的過渡過程品質指標。因此，三者的配合使用可以得到較完善的調節(jié)器功能，使自動控制系統(tǒng)的工作更加穩(wěn)定可靠。比例積分微分適用的場合比例積分微分適用的場合控制質量要求較高的場合。被控參數(shù)有滯后現(xiàn)象，特別是容量滯后的現(xiàn)象比較大的場合。12比例調節(jié)比例調節(jié)依據(jù)

10、“偏差的大小”來動作。它的輸出與輸入偏差的大小成比例，調節(jié)及時，有力，但是有余差。積分調節(jié)積分調節(jié)依據(jù)“偏差是否存在”來動作。它的輸出與偏差對時間的積分成比例，只有當余差完全消失，積分作用才停止。微分調節(jié)微分調節(jié)依據(jù)“偏差變化速度”來動作。它的輸出與輸入偏差變化的速度成比例，其實質和效果是阻止被調參數(shù)的一切變化，有超前調節(jié)的作用。13調節(jié)器參數(shù)只能在一定范圍內起作用，如果方案不合理，工況改變、或屬于儀表和調節(jié)閥故障，則無法投運。調節(jié)閥、變送器在正常范圍內等。不能投自動的系統(tǒng)。原因：控制方案不合理、儀表故障、不在應用范圍內等。14使用較廣的一種方法先在純比例作用下（把積分時間放到最大，微分時間放

11、到零），在閉合的調節(jié)系統(tǒng)中，從大到小地逐漸地改變調節(jié)器的比例度，就會得到一個臨界振蕩過程，如圖2所示。這時的比例度叫臨界比例度k，周期為臨界振蕩周期Tk。記下k和Tk，然后按表1的經(jīng)驗公式來確定調節(jié)器的各參數(shù)值。Tk時間數(shù) 參 調 被調節(jié)作用比例度（%）積分時間Ti（分）微分時間Td（分）比例2k比例積分2.2k0.85Tk比例微分1.8k0.1Tk比例積分微分1.7k0.5Tk0.125Tk再根據(jù)運行曲線的現(xiàn)狀調整PID參數(shù)15兩種情況下不宜采用兩種情況下不宜采用臨界比例法臨界比例法臨界比例度過小，因為這時候調節(jié)閥很容易處于全開及全關位置，對于工藝生產(chǎn)不利，舉例來說，對于一個用燃料油（或瓦斯

12、）加熱的爐子，如很小，接近雙位調節(jié)，將一會兒熄火，一會兒煙囪濃煙直沖。工藝上約束條件較嚴格時，因為這時候如達到等幅振蕩，將影響生產(chǎn)的安全運行。16p 4：1衰減曲線法 p 10：1衰減曲線法p 4：1衰減曲線法 系統(tǒng)處于純比例作用下，在達到穩(wěn)定時，用改變給定值的辦法加入階躍干擾，觀察記錄曲線的衰減比，然后逐漸從大到小改變比例度，使出現(xiàn)4：1的衰減比為止，如圖3所示。記下此時的比例度s。再按表2的經(jīng)驗公式來確定PID數(shù)值。時間數(shù) 參 調 被給定值tTs41調節(jié)作用比例度（%）積分時間Ti（分）微分時間Td（分）比例s比例積分1.2s0.5Ts比例積分微分0.8s0.3Ts0.1Ts17采用衰減曲

13、線法必須注意采用衰減曲線法必須注意事項事項 加給定干擾不能太大，要根據(jù)生產(chǎn)操作要求來定，一般在5%左右，也有例外的情況。 必須在工藝參數(shù)穩(wěn)定的情況下才能加給定干擾，否則得不到正確得 s、Ts、或s和Ts值。 對于反應快的系統(tǒng)，如流量、管道壓力和小容量的液位調節(jié)等，要在記錄紙上嚴格得到4：1衰減曲線較困難，一般以被調參數(shù)來回波動兩次達到穩(wěn)定，就近似地認為達到4：1衰減過程了。調節(jié)作用比例度（%）積分時間Ti（分）微分時間Td（分）比例s 比例積分1.2s 比例積分微分0.8s.18-5%+5%=50%-5%+5%=30%-5%+5%=20%-5%+5%=10%1234下面舉一個現(xiàn)場整定的例子。在

14、某塔頂溫度調節(jié)系統(tǒng)中，被調參數(shù)是塔頂溫度，工藝允許波動為4，調節(jié)參數(shù)是回流量。在整定過 程中，考慮到對象滯后較大，反應較慢的情況，的選擇從50%開始湊試起，此時在階躍作用下（給定值降低2%）的過渡過程曲線見圖（1）。此時調節(jié)時間長，不起振蕩，于是將比例度減少，=30%、20%、及10%時的曲線見（2）、（3）、（4）。顯然，20%的情況最好，衰減比接近4：1，Ts=10分按4：1衰減曲線法數(shù)據(jù)表定出整定參數(shù)：=0.8s=16%；Ti=0.3Ts=3分；Td=0.1Ts=1分。 19投運時，先將放在較大的數(shù)值，把Ti從大減少到3分，把Td從小到大逐步放大到1分，然后把拉到15%，（如果在=15%

15、 的條件下很快地把Td放到1分，調節(jié)器的輸出會劇烈變化）。再對系統(tǒng)加2% 的給定值變化時，仍產(chǎn)生4：1衰減過程，見圖（5）所示， 調節(jié)質量顯著改善，超調量小于1，調節(jié)時間為6.5分。-5%+5%d=15% Ti=3分 Td=1分5201.。根據(jù)不同調節(jié)系統(tǒng)的特點，先把PI、D各參數(shù)放在基本合適的數(shù)值上這些數(shù)值。（由大量實踐經(jīng)驗總結得來的（按4：1衰減） 調節(jié)系統(tǒng)比例度（%）積分時間Ti（分）微分時間Td（分）說明流量40-1000.1-1對象時間常數(shù)小，并有雜散擾動，應大，Ti較短，不必用微分。壓力30-700.4-3對象滯后一般不大，略小，Ti略大，不用微分。液位20-801-5小，Ti較大

16、，要求不高時可不用積分，不用微分。溫度20-603-100.5-3對象容量滯后較大。小，Ti大，加微分作用。2.。看曲線，調參數(shù)，根據(jù)操作經(jīng)驗，看曲線的形狀，直接在閉合的調節(jié)系統(tǒng)中逐步反復試湊，一直得到滿意數(shù)據(jù)。21參數(shù)整定找最佳，從大到小順次查，先是比例后積分，最后才把微分加；曲線振蕩很頻繁，比例度值要放大，曲線漂浮繞大彎，比例度值應減??；曲線偏離回復慢，積分時間往下降，曲線振蕩周期長，積分時間再加長；曲線振蕩頻率快，先把微分降下來，動差大來波動慢，微分時間應加長；理想曲線兩個波，前高后低四比一，一看二調多分析，調節(jié)質量不會低。22abc時間a 積分時間過小，振蕩周期長，輸出變化到指示變化時

17、間長。b 比例度過小，振蕩周期短，輸出變化到指示變化時間短。c 微分時間過長，振蕩周期最短，輸出變化到指示變化時最短。 時間aba 比例度過大，曲線漂浮繞大彎。b 積分時間過長，曲線偏離回復慢。只要測量曲線震蕩，肯定有作用過強的參數(shù)，在無法確定的條件下，可以取消該作用，看看曲線是否震蕩23舉一個簡單的例子,如果說差壓變送器的誤差是1%,也就是0.01。開方后流量的誤差就是0.01的開方,為0.1,即10%。因此開方對誤差有放大作用,信號越小,越嚴重,所以要進行小信號切除輸入4000MMH2O開放后輸出0.01000%0.40000 1.000000%0.02000%0.80000 1.414214%0.03000%1.20000 1.732051%0.04000%1.60000 2.000000%0.05000%2.00000 2.236068%0.06000%2.40000 2.449490%0.07000%2.80000 2.645751%0.08000%3.20000 2.828427%0.09000%3.60000 3.00000