PID的产品详细说明和参数调整方法

 工程建设     |      2020-08-06 14:35:01

  PID的产品详细说明和参数调整方法

  1. PID控制器的基本原理

  PID控制器在连续控制系统中具有非常好地控制效果,因此得到了广泛应用,PID控制器的时域微分方程如下:

  式中,Kp为比例系数,Ti为积分时间常数,Td为微分时间常数,u(t)为控制量,(PID控制器的控制量与误差的比例、积分、微分有关),e(t)为偏差量,y(0)为被控制量没有偏差时控制器输出的控制量。

  2.PID控制器的两种形式

  PID控制有模拟PID控制和数字PID控制,计算机控制是一种采样控制,如果将信号离散化处理,就可以用软件实现PID控制,即数字PID控制。数字式PID控制算法可以分为位置式PID和增量式PID控制算法。
 


 

  一、基础知识

  在自动调节系统中,E=SP-PV。其中,E为偏差、SP为给定值、PV为测量值。当SP大于PV时为正偏差,反之为负偏差。

  比例调节作用的动作与偏差的大小成正比;当比例度为100时,比例作用的输出与偏差按各自量程范围的1:1动作。当比例度为10时,按10:1动作。即比例度越小,比例作用越强。比例作用太强会引起振荡。太弱会造成比例欠调,造成系统收敛过程的波动周期太多,衰减比太小。其作用是稳定被调参数。

  积分调节作用的动作与偏差对时间的积分成正比。即偏差存在积分作用就会有输出。它起着消除余差的作用。积分作用太强也会引起振荡,太弱会使系统存在余差。

  微分调节作用的动作与偏差的变化速度成正比。其效果是阻止被调参数的一切变化,有超前调节的作用。对滞后大的对象有很好的效果。但不能克服纯滞后。适用于温度调节。使用微分调节可使系统收敛周期的时间缩短。微分时间太长也会引起振荡。

  二、整定方法

  经验法是简单调节系统应用最广泛的整定方法,是一种试凑法。它通过参数预先设置和反复试凑来实现。参数的预置值要根据对象的特性和仪表的量程决定。仪表量程大的PID参数要适当加强作用。四类被调参数的

  一般范围如下:

  实际情况可能超出此范围。

  临界比例度法是采用纯比例将系统投入自动,此时积分时间放最大,微分时间放0。逐渐减小比例度,使系统刚刚出现等幅振荡,记下这时的比例度Pbc和振荡周期Tc,然后按下式计算PID的比例度和积分时间:P=2.2Pbc;T=0.85Tc。

  对于纯滞后时间和时间常数较大的对象,MACS的PID不宜使用临界比例度法,其较难找到Pbc。

  三、如何整定PID参数

  [1]、说明

  调节系统投自动:往往在控制方案确定后,最关键的是P、I、D参数如何整定,根据我的工作经验,谈谈如何整定调节系统的P、I、D参数,请大家在工程中参考。

  在整定调节系统的P、I、D参数前,要保证一个闭环调节系统必须是负反馈,即Ko*Kv*Kc >0,

  调节对象Ko:阀门、执行器开大,测量PV增加,则Ko>0;反之,则Ko<0;

  调节阀门Kv:伐门正作用(气开、电开),则Kv>0;伐门反作用(气关、电关),则Kv<0;

  Ko、Kv的正负由工艺对象和生产安全决定,根据Ko、Kv的正负和Ko*Kv*Kc >0,我们可以确定Kc的正负,

  调节器Kc:若Kc>0,则调节器为反作用;若Kc<0,则调节器为正作用;软件组态中要设置正确。

  在整定调节系统的P、I、D参数前,要保证测量准确、阀门动作灵活;

  在整定调节系统的P、I、D参数时,打好招呼,要求用户工艺操作密切注意生产运行状况,确保安全生产;

  在整定调节系统的P、I、D参数时,先投自动后串级,先投副环后主环,副环粗主环细,改变给定值SP或输出值OP,给出一个工艺允许的阶跃信号,观察测量值PV变化和趋势图,不断修定PID参数,往往反复几次,直至平稳控制。

  [2]、经验PID整定参数

  对介质为流体(气体、液体)情况,经验PID整定参数参考如下,(在出所前最好在软件组态中要设置好,到现场再细调或不动):

  1、对流量调节(F):一般P=120~200%,I=50~100S,D=0S;对防喘振系统:一般P=120~200%,I=20~40S,D=15~40 S;

  2、对压力调节(P):一般P=120~180%,I=50~100S,D=0S;对放空系统:一般P=80~160%,I=20~60S,D=15~40S;

  3、对液位调节(L):

  1]、大个容器(直径 4米、高2米以上塔罐):一般P=80~120%,I=200~900S,D=0S;

  2]、中个容器(直径2--4米、高1.5--2米塔罐):一般P=100~160%,I=80~400S,D=0S;

  3]、小个容器(直径2米、高1.5米以下塔罐):一般P=120~300%,I=60~200S,D=0S;

  4、对温度调节(T):一般P=120~260%,I=50~200S,D=20~60S;

  上述参数是经验性的东西,不是绝对的。另外实际中,有时一个调节系统工艺过程对象或阀门(定位器)存在问题,也能靠改变PID参数予以克服,使自动投入。投自动需要耐心观察、不断修正。实践中能否投入自动,最关键的是阀门(定位器)、执行器好用,动作灵活。

  在一个串级调节系统(例如:有2个调节器)中,整个内环(副调,其Ko*Kv*Kc >0)相当于主环的Kv,它始终为正。PID参数整定的结果:观察曲线,一般为一阶衰减特性即可(当然理论上为二阶衰减特性)。