淺析PID參數(shù)整定方法.pdf

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)2009年第6期戴雅馨：淺析PID參數(shù)整定方法淺析PID參數(shù)整定方法戴雅馨(唐山氯堿有限責(zé)任公司，河北豐南063305)摘要：介紹了工程上常用PID參數(shù)整定方法及適用場(chǎng)合。關(guān)鍵詞：PID；參數(shù)整定；方法中圖分類(lèi)號(hào)：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1005—8370(2009)06—15—03PID是比例，積分，微分的縮寫(xiě)。一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程或者控制質(zhì)量，與被控對(duì)象的特性、干擾形式與大小、控制方案的確定及控制器的參數(shù)整定有著密切關(guān)系。對(duì)象特性和干擾情況是受工藝操作和設(shè)備特性限制的。在確定控制方案時(shí)，只能盡量設(shè)計(jì)合理，并不能任意

2、改變它。一旦方案確定了，對(duì)象各通道的特性就已成定局。這時(shí)控制質(zhì)量只取決于控制參數(shù)的整定了。所謂PID參數(shù)的整定，就是按照已定的控制方案，求取使控制質(zhì)量最好時(shí)的PID參數(shù)值，具體來(lái)說(shuō)，就是確定最合適的控制器比例度P、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td。1PID參數(shù)整定方法及應(yīng)用場(chǎng)合PID參數(shù)整定方法很多，工程上最常用的有臨界比例度法、衰減曲線(xiàn)法和經(jīng)驗(yàn)湊試法。1．1臨界比例度法這是目前使用較多的一種方法。它是先通過(guò)試驗(yàn)得到臨界比例度PB和臨界周期Tk，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式求出控制器各參數(shù)值。具體做法如下：1)被控系統(tǒng)穩(wěn)定后，把控制器的積分時(shí)問(wèn)放到最大，微分時(shí)

3、間放到零(相當(dāng)于切除了積分和微分作用，只使用比例作用)。2)通過(guò)外界干擾或使控制器設(shè)定值作一階躍變化，觀(guān)察由此而引起的測(cè)量值振蕩。3)從大到小逐步把控制器的比例度減小，看測(cè)量值振蕩的變化是發(fā)散的還是衰減的，如是衰減的則應(yīng)把比例度繼續(xù)減?。蝗缡前l(fā)散的則應(yīng)把比例度放大。4)連續(xù)重復(fù)2)、3)步驟，直至測(cè)量值按恒定幅度和周期發(fā)生振蕩，即持續(xù)4～5次等幅振蕩為止。此時(shí)的比例度示值就是臨界比例度PB。5)從振蕩波形圖來(lái)看，來(lái)回振蕩1次的時(shí)間就是臨界周期Tk，即從振蕩波的第一個(gè)波的頂點(diǎn)到第二個(gè)波的頂點(diǎn)的時(shí)間。如果有條件用記錄儀，就比較好觀(guān)察了，即可看振蕩

4、波幅值，還可看測(cè)量值輸出曲線(xiàn)的峰——峰距離，把該測(cè)量值除以記錄紙的走紙速度，就可計(jì)算出臨界周期Tk；如果是DCS控制，在趨勢(shì)記錄曲線(xiàn)中可直接得出Tk(如圖1)。煽圖1臨界振蕩過(guò)程得到了臨界比例度PB和臨界周期Tk后．就可根據(jù)表1中的經(jīng)驗(yàn)公式求出控制器的P、Ti、剛參數(shù)值了。萬(wàn)方數(shù)據(jù)純堿工業(yè)表1臨界比例度法參數(shù)計(jì)算公式表臨界比例度整定法又稱(chēng)為“閉環(huán)振蕩法”，它的特點(diǎn)是：不需要求得控制對(duì)象的特性，而直接在閉合的控制系統(tǒng)中進(jìn)行整定，適用于一般的控制系統(tǒng)。但對(duì)于臨界比例度很小的系統(tǒng)不適用，在某些生產(chǎn)過(guò)程中不允許振蕩的場(chǎng)合，此整定法也不適用。1．2衰減

5、曲線(xiàn)法衰減曲線(xiàn)法是通過(guò)使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減振蕩來(lái)整定控制器的參數(shù)值的，有4：1和10：1兩種衰減曲線(xiàn)法，具體做法如下(以4：1為例)：1)在閉合的控制系統(tǒng)中，將控制器變?yōu)榧儽壤饔?，比例度放在較大的數(shù)值上。2)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后，通過(guò)外界干擾或使控制器設(shè)定值作一階躍變化，觀(guān)察記錄曲線(xiàn)的衰減比。3)從大到小改變比例度，直至出現(xiàn)4：1衰減比為止，記下此時(shí)的比例度Ps(叫4：1衰減比例度)并從曲線(xiàn)上得出衰減周期Ts(在4：1曲線(xiàn)中為峰——峰時(shí)間，如圖2)。對(duì)有些控制對(duì)象，控制過(guò)程進(jìn)行較快，難以從記錄曲線(xiàn)上找出衰減比。這時(shí)，只要被控量波動(dòng)2次就能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，

6、可近似認(rèn)為是4：1的衰減過(guò)程，其波動(dòng)1次時(shí)間為T(mén)s。得到了衰減比例度Ps和衰減周期Ts后，就可根據(jù)表2中的經(jīng)驗(yàn)公式求出控制器的P、Ti、Td參數(shù)值了。表24：1衰減曲線(xiàn)法控制器參數(shù)計(jì)算表有的過(guò)程4：1衰減比仍嫌振蕩過(guò)強(qiáng)，可采用10：1衰減曲線(xiàn)法。方法同4：1衰減曲線(xiàn)法，得到10：1衰減曲線(xiàn)后，記下此時(shí)的比例度Ps7和最大偏f圖24：1(a)和10：1(b)振蕩過(guò)程差時(shí)間T升(又稱(chēng)上升時(shí)間，在10：1曲線(xiàn)中到達(dá)第一個(gè)峰值所用的時(shí)間)，然后根據(jù)表3中的經(jīng)驗(yàn)公式，求出相應(yīng)的P、Ti、Td參數(shù)值。表310：l衰減曲線(xiàn)法控制器參數(shù)計(jì)算表衰減曲線(xiàn)法比較簡(jiǎn)

7、便，適用于一般情況下的各種參數(shù)的控制系統(tǒng)。但對(duì)于干擾頻繁，記錄曲線(xiàn)不規(guī)則，不斷有小擺動(dòng)時(shí)，由于不易得到正確的衰減比例度Ps和衰減周期Ts，使得這種方法難于應(yīng)用。1．3經(jīng)驗(yàn)湊試法經(jīng)驗(yàn)湊試法是長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的一種整定方法。它是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式先將控制器參數(shù)放萬(wàn)方數(shù)據(jù)2009年第6期戴雅馨：淺析PID參數(shù)整定方法在一個(gè)數(shù)值上，直接在閉合的控制系統(tǒng)中，通過(guò)改變給定值施加干擾，觀(guān)察過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)，運(yùn)用P、Ti、Td對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響為指導(dǎo)，按照規(guī)定順序，對(duì)比例度P、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td逐個(gè)整定，直到獲得滿(mǎn)意的過(guò)渡過(guò)程為止。具體做法如下：表4各類(lèi)

8、控制系統(tǒng)中控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表被控變量特點(diǎn)P，％Ti，minTd，min1)在閉合的控制系統(tǒng)中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并參考表4的數(shù)據(jù)，選出一個(gè)合適的P、n值作為起始值，將系統(tǒng)投