PID參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)整定培訓(xùn)教材(精)

1、1 PID 參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)整定 1. PID 調(diào)節(jié)器的適用范圍 PID 調(diào)節(jié)控制是一個(gè)傳統(tǒng)控制方法， 它適用于溫度、壓力、流量、液位等幾乎所有現(xiàn)場(chǎng)， 不同的現(xiàn)場(chǎng)，僅僅是 PID 參數(shù)應(yīng)設(shè)置不同，只要參數(shù)設(shè)置得當(dāng)均可以達(dá)到很好的效果。 均可以達(dá)到 0.1%，甚至更高的控制要求。 2. PID 參數(shù)的意義和作用指標(biāo)分析 P、I、D: y=yp+yi+ yd P 參數(shù)設(shè)置 名稱：比例帶參數(shù)，單位為 ()。 比例作用定義：比例作用控制輸出的大小與誤差的大小成正比， 當(dāng)誤差占量程的百分比 達(dá)到 P 值時(shí)，比例作用的輸出 =100%，這 P 就定義為比例帶參數(shù)。即 Err FS Err yp= - x 100%

2、 = FS p x 100% = Kp * Err (1) P * (其中：yp=Kp 、2SP-PV,取 0-100%) Kp=1/ (FS P) 也可以理解成，當(dāng)誤差達(dá)到量程乘以 P(%)時(shí)，比例作用的輸出達(dá) 100%。 例：對(duì)于量程為 0-1300C的溫控系統(tǒng)，當(dāng) P 設(shè)置為 10%時(shí)，F(xiàn)S 乘以 P 等于 130C，說 明當(dāng)誤差達(dá)到 130C時(shí)，比例作用的輸出等于 100%，誤差每變化 1C,比例作用輸出變化 0.79%,若需加大比例作用的調(diào)節(jié)能力，則需把 P 參數(shù)設(shè)置小些，或把量程設(shè)置小些。具體 多少可依據(jù)上述方法進(jìn)行定量計(jì)算。 P=輸出全開值/FS 100% p 參數(shù)越小比例作用越

3、強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)越快，消除誤差的能力越強(qiáng)。但實(shí)際系統(tǒng)是有慣性 的，控制輸出變化后，實(shí)際 PV 值變化還需等待一段時(shí)間才會(huì)緩慢變化。由于實(shí)際系統(tǒng)是有 慣性的，比例作用不宜太強(qiáng)，比例作用太強(qiáng)會(huì)引起系統(tǒng)振蕩不穩(wěn)定。 P 參數(shù)的大小應(yīng)在以上 定量計(jì)算的基礎(chǔ)上根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)情況，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試決定，通常將 P 參數(shù)由大向小調(diào)，以能達(dá) 到最快響應(yīng)又無超調(diào)(或無大的超調(diào))為最佳參數(shù)。 I參數(shù)設(shè)置 名稱：積分時(shí)間，單位為秒。 積分作用定義：對(duì)某一恒定的誤差進(jìn)行積分，令其積分“ I”秒后，其積分輸出應(yīng)與比 I 2 例作用等同，這 I就定義為積分時(shí)間。即： Ki / Errdt = Ki I Err = Kp Err (2

4、) Ki = Kp /I (3 ) yi = t Ki / o Err (t)dt (4 ) 為什么要引進(jìn)積分作用呢？ 前面已經(jīng)分析過，比例作用的輸出與誤差的大小成正比， 誤差越大，輸出越大，誤差越 小，輸出越小，誤差為零，輸出為零。由于沒有誤差時(shí)輸出為零，因此比例調(diào)節(jié)不可能完全 消除誤差，不可能使被控的 PV 值達(dá)到給定值。必須存在一個(gè)穩(wěn)定的誤差，以維持一個(gè)穩(wěn)定 的輸出，才能使系統(tǒng)的 PV 值保持穩(wěn)定。這就是通常所說的比例作用是有差調(diào)節(jié)，是有靜差 的，加強(qiáng)比例作用只能減少靜差，不能消除靜差 （靜差：即靜態(tài)誤差，也稱穩(wěn)態(tài)誤差 ）。 為了消除靜差必須引入積分作用，積分作用可以消除靜差，以使被控的

5、 PV 值最后與給 定值一致。引進(jìn)積分作用的目的也就是為了消除靜差，使 PV 值達(dá)到給定值，并保持一致。 積分作用消除靜差的原理是， 只要有誤差存在，就對(duì)誤差進(jìn)行積分， 使輸出繼續(xù)增大或 減小，一直到誤差為零，積分停止，輸出不再變化，系統(tǒng)的 PV 值保持穩(wěn)定，PV 值等于 SP 值，達(dá)到無差調(diào)節(jié)的效果。 但由于實(shí)際系統(tǒng)是有慣性的，輸出變化后， PV 值不會(huì)馬上變化，須等待一段時(shí)間才緩 慢變化，因此積分的快慢必須與實(shí)際系統(tǒng)的慣性相匹配， 慣性大、積分作用就應(yīng)該弱， 積分 時(shí)間 I就應(yīng)該大些，反之而然。如果積分作用太強(qiáng)，積分輸出變化過快，就會(huì)引起積分過頭 的現(xiàn)象，產(chǎn)生積分超調(diào)和振蕩。通常 I參數(shù)也

6、是由大往小調(diào)，即積分作用由小往大調(diào)，觀察 系統(tǒng)響應(yīng)以能達(dá)到快速消除誤差，達(dá)到給定值，又不引起振蕩為準(zhǔn)。 3. D 參數(shù)設(shè)置 名稱：微分時(shí)間，單位為秒 定義：D 是指微分作用的持續(xù)時(shí)間， 是指從微分作用產(chǎn)生時(shí)刻起到微分作用衰減到零 （接 近零）所花的時(shí)間。如下圖所示。 I 3 前面已經(jīng)分析過，不論比例調(diào)節(jié)作用，還是積分調(diào)節(jié)作用都是建立在產(chǎn)生誤差后才進(jìn)行 調(diào)節(jié)以消除誤差，都是事后調(diào)節(jié)，因此這種調(diào)節(jié)對(duì)穩(wěn)態(tài)來說是無差的， 對(duì)動(dòng)態(tài)來說肯定是有 差的，因?yàn)閷?duì)于負(fù)載變化或給定值變化所產(chǎn)生的擾動(dòng)， 必須等待產(chǎn)生誤差以后，然后再來慢4 慢調(diào)節(jié)予以消除。 但一般的控制系統(tǒng)， 不僅對(duì)穩(wěn)定控制有要求， 而且對(duì)動(dòng)態(tài)指標(biāo)

7、也有要求， 通常都要求負(fù) 載變化或給定調(diào)整等引起擾動(dòng)后， 恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)的速度要快， 因此光有比例和積分調(diào)節(jié)作用還 不能完全滿足要求，必須引入微分作用。比例作用和積分作用是事后調(diào)節(jié) ( 即發(fā)生誤差后才 進(jìn)行調(diào)節(jié) )，而微分作用則是事前預(yù)防控制，即一發(fā)現(xiàn) PV 有變大或變小的趨勢(shì)，馬上就輸 出一個(gè)阻止其變化的控制信號(hào)，以防止出現(xiàn)過沖或超調(diào)等。 D 越大，微分作用越強(qiáng)， D 越小，微分作用越弱。系統(tǒng)調(diào)試時(shí)通常把 D 從小往大調(diào)， 具體參數(shù)由試驗(yàn)決定。 如：由于給定值調(diào)整或負(fù)載擾動(dòng)引起 PV 變化，比例作用和微分作用一定等到 PV 值變 化后才進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且誤差小時(shí)，產(chǎn)生的比例和積分調(diào)節(jié)作用也小，糾正誤

8、差的能力也小， 誤差大時(shí)， 產(chǎn)生的比例和積分作用才增大。 因?yàn)槭鞘潞笳{(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)指標(biāo)不會(huì)很理想。 而微分作 用可以在產(chǎn)生誤差之前一發(fā)現(xiàn)有產(chǎn)生誤差的趨勢(shì)就開始調(diào)節(jié)， 是提前控制， 所以及時(shí)性更好， 可以最大限度地減少動(dòng)態(tài)誤差， 使整體效果更好。 但微分作用只能作為比例和積分控制的一 種補(bǔ)充，不能起主導(dǎo)作用，微分作用不能太強(qiáng)，太強(qiáng)也會(huì)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，產(chǎn)生振蕩，微分 作用只能在 P 和 I調(diào)好后再由小往大調(diào)，一點(diǎn)一點(diǎn)試著加上去。 4. PID 綜合調(diào)試 比例作用，積分作用和微分作用的關(guān)系是：比例作用是主要調(diào)節(jié)作用，起主導(dǎo)作用。 積分作用是輔助調(diào)節(jié)作用；微分作用是補(bǔ)償作用。 在實(shí)際調(diào)試時(shí)可按以下步驟進(jìn)行。

9、 1) 關(guān)掉積分作用和微分作用，先調(diào) P。即令 13600 秒，D = 0 秒，將 P 由大往小調(diào)以 達(dá)到能快速響應(yīng)，又不產(chǎn)生振蕩為好。并需結(jié)合量程進(jìn)行定量估算。 2) P 調(diào)好后再調(diào) I, I由大往小調(diào)，以能快速響應(yīng)，消除靜差，又不產(chǎn)生超調(diào)為好，或 有少量超調(diào)也可以。 I 應(yīng)考慮與系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)相匹配。 一般 I 值和慣性時(shí)間差不 多。 3) P、I調(diào)好后，再調(diào) D。一般的系統(tǒng) D =0，1 或 2。只有部分滯后較大的系統(tǒng)， D 值 才可能調(diào)大些。 4) PID 參數(shù)修改后，可以少量修改給定值，觀察系統(tǒng)的跟蹤響應(yīng)，以判斷 PID 參數(shù)是 否合適。 5) P 值太小， I 值太小或 D 值太

10、大均會(huì)引起系統(tǒng)超調(diào)振蕩。 5 6) 對(duì)于個(gè)別系統(tǒng)，如加溫快降溫慢，或升壓快降壓慢，或液位升得快降得慢等不平衡6 系統(tǒng)是很難控制的，更難兼顧動(dòng)態(tài)指標(biāo)，只能將 P 調(diào)大些， I 值也調(diào)大些，犧牲動(dòng) 態(tài)指標(biāo)來保證穩(wěn)態(tài)指標(biāo)。這是由系統(tǒng)的不可控制特性所決定的，而與 PID 調(diào)節(jié)器的 性能無關(guān)。 常規(guī) PID 參數(shù)設(shè)置指南 啟動(dòng) PID 參數(shù)自整定程序，可自動(dòng)計(jì)算 PID 參數(shù)，自整定成功率 95% ，少數(shù)自整定不成 功的系統(tǒng)可按以下方法調(diào) PID 參數(shù)。 P 參數(shù)設(shè)置 : 如不能肯定比例調(diào)節(jié)系數(shù) P 應(yīng)為多少，請(qǐng)把 P 參數(shù)先設(shè)置大些（如 30%），以避免開機(jī) 出現(xiàn)超調(diào)和振蕩， 運(yùn)行后視響應(yīng)情況再逐步調(diào)

11、小， 以加強(qiáng)比例作用的效果， 提高系統(tǒng)響應(yīng)的 快速性，以既能快速響應(yīng)，又不出現(xiàn)超調(diào)或振蕩為最佳。 I 參數(shù)設(shè)置 : 如不能肯定積分時(shí)間參數(shù) I應(yīng)為多少，請(qǐng)先把 I參數(shù)設(shè)置大些（如 1800 秒），（1 3600 時(shí), 積分作用去除 ）系統(tǒng)投運(yùn)后先把 P 參數(shù)調(diào)好，爾后再把 I 參數(shù)逐步往小調(diào)，觀察系統(tǒng)響應(yīng)， 以系統(tǒng)能快速消除靜差進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，而不出現(xiàn)超調(diào)振蕩為最佳。 D 參數(shù)設(shè)置 : 如不能肯定微分時(shí)間參數(shù) D 應(yīng)為多少，請(qǐng)先把 D 參數(shù)設(shè)置為 O,即去除微分作用，系統(tǒng) 投運(yùn)后先調(diào)好 P 參數(shù)和 I參數(shù)，P、I確定后，再逐步增加 D 參數(shù)，加微分作用，以改善系統(tǒng)響 應(yīng)的快速性，以系統(tǒng)不出現(xiàn)振蕩為最

12、佳， （多數(shù)系統(tǒng)可不加微分作用） 。 等溫加濕與等晗加濕的區(qū)別 等溫加濕：加濕前后溫度不變，濕度增加。 加濕時(shí)，空氣中的熱量吸收水份，溫度降低， 濕度增加，同時(shí)水粒子被空氣吸收散熱，溫度又增加，所以達(dá)到了一個(gè)能力等恒的過程。 等晗加濕：加濕前后溫度發(fā)生變化，濕度增加。加濕時(shí)，空氣中的熱量吸收水份，降低了溫 度，濕度得到增加。 工作案例 1 1、工作案例背景情況描述？ 我們部門噴漆室送排風(fēng)系統(tǒng)采用的是 PID 控制燃?xì)獗壤y的開啟度來調(diào)節(jié)液化氣的供給量，從而達(dá)到控制溫度的目 7 的。濕度是用 PID 控制噴淋泵的工作頻率，從而控制噴頭噴淋量達(dá)到控制濕度的目的。由于溫濕度之間交叉耦合作用， 溫濕度

13、互相干擾，要達(dá)到一種平衡需要 3040 分鐘左右，在春秋季溫濕度在設(shè)定值左右波動(dòng)，想要達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)需要更 長時(shí)間甚至出現(xiàn)震蕩超調(diào)現(xiàn)象，不但造成能源浪費(fèi)還給生產(chǎn)造成一定影響。 2、您對(duì)當(dāng)時(shí)故障或問題的原因分析？ 1. 根據(jù)溫濕度歷史曲線的觀察和 PLC 程序的分析。原系統(tǒng)參數(shù)是在冬季時(shí)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)程序中 PID 計(jì)算沒有任何條件，造 成系統(tǒng)關(guān)機(jī)后仍然進(jìn)行 PID 計(jì)算，由于積分作用，第二天開機(jī)時(shí)輸岀就會(huì)是 100%這樣就會(huì)造成積分飽和，岀現(xiàn)過沖現(xiàn) 象。 2. 溫濕度交叉耦合互相干擾，溫濕度互相影響，溫度變化造成濕度波動(dòng)，濕度變化又造成溫度波動(dòng)，極易造成溫濕度震 蕩。 3、 您提出的解決措施或創(chuàng)新方法？ 1. 將風(fēng)機(jī)運(yùn)行型號(hào)串入 PID 算法中，這樣關(guān)機(jī)后 PID 算法停止，不會(huì)進(jìn)行積分計(jì)算， 這樣避免積分飽和，解決過沖現(xiàn)象。 2. 溫濕度交叉耦合，溫濕度互相影響，極易造成溫濕度震蕩，現(xiàn)將溫度作為主調(diào)節(jié)對(duì)象， PID 參數(shù)為主參數(shù)，濕度為次 調(diào)節(jié)對(duì)象，PID 參數(shù)較溫度參數(shù)弱。這樣當(dāng)環(huán)境溫濕度變化時(shí)，溫度能較快達(dá)到穩(wěn)態(tài)，同時(shí)由于濕度 PID 參數(shù)較弱對(duì)溫 度影響較小，不會(huì)對(duì)溫度造成干擾，溫度穩(wěn)定后，濕度也能隨之達(dá)到穩(wěn)態(tài)。 4、 措施實(shí)施后的效果和所