PID整定方法

15、控制系统的整定方法《过控》P46

投运前的准备工作：

（1） 熟悉被控对象和整个控制系统，检查所有仪表及连接管线，以保证投运时能及

时、正确的操作，故障能及时查找。

（2） 现场检验所有的仪表，保持仪表能正常使用。

（3） 根据经验或估算，设置Kc、TI、To，或为纯比例，比例度设置在较大位置。 （4） 确认阀的开、闭形式。 （5） 确认控制器的正、反作用。

（6） 根据上述选择，假设被控变量受一干扰，看控制系统能否克服干扰的影响。 系统整定的目的：对于一个已经设计好的并安装就绪的控制系统，通过对控制器参数的整定，使得系统过渡过程达到最为满意的质量指标要求。

一个控制系统的控制质量取决于对象特性、控制方案、干扰的形式和大小以及控制器参数的整定等各种因素。一旦设计方案确定，对象特性与干扰位置等基本上都已固定，此时控制系统的控制质量就主要取决于控制器参数的整定了。

必须说明一点，就是对于不同的系统，整定的目的和要求可能是不一样的（定值控制系统和均匀控制系统的例子）。

控制器整定的方法很多，归结起来可能分为两大类：一类是理论计算的方法；另一类是工程整定的方法。理论整定方法，必须要求已知各个环节的传递函数，对于一般的实际问题，难于满足。另外，理论计算也比较烦琐，工程上一般不采用。工程整定方法，直接在闭合的控制回路中对控制器参数进行整定。经验方法，简单、方便，易于掌握，工程实际中广泛采用。

理论计算的方法比较复杂，经常用的是工程整定的方法它主要包括一下三种方法：临界比例度法；衰减曲线法；反应曲线法

临界比例度法：

（1）在系统闭环的情况下，将控制器的积分时间TI放到最大，微分时间TD放到最小，比例放大倍数KC设为1。

（2）然后使KC由小往大逐步改变，并且每改变一次KC值时，通过改变给定值给系统施加一个阶跃干扰，同时观察被控变量y的变化情况。若y的过渡过程呈衰减振荡，则继续增大KC值，若y的过渡过程呈发散振荡，则应减小KC值，直到调至某一KC值，过渡过程出现不衰减的等幅振荡为止，如图所示：这时过渡过程称之为临界振荡过程。出现临界振荡过程的放大倍数KC成为临界放大倍数，临界振荡的周期Tk则称临界周期。

（3）有了KC和Tk这两个试验数据，按下表给出的经验公式，就可以计算出当采用不同类型的控制器而使过度过程呈4：1衰减振荡状态的控制器参数值。

表 临界比例度整定控制器参数经验公式

控制器类型 P(KC) P PI PID 0.5KC 0.45KC 0.6KC 控制器参数 I(TI)/min — 0.83Tk 0.5Tk D(TD)/min — — 0.12Tk 按上表算出控制器参数后，先将KC放在一个比计算值稍小一些（一般小20%）的数值上，再依次放上积分时间和微分时间（如果存在积分和微分时间），最后再将KC放回到计算数值上即可。如果这时加干扰，过渡过程与4：1 衰减还有一定差距，

（4）可适当对计算出来的值做一点调整，直到过渡过程满意为止。 优点：使用起来比较简便

缺点：如果工艺方面不允许被控变量做长时间的等幅振荡，这种方法就不能应用；这种方法只适用于二阶以上的高阶对象，或一阶加纯滞后的对象，否则，在纯比例控制情况吓，系统将不会出现等幅振荡，因此就不能用这种方法了

什么是二阶以上的对象？ 衰减曲线法：

（1）衰减曲线法是在系统闭环情况下，将控制器积分时间TI放在最大，微分时间TD

放到最小，比例放大倍数KC设为1，

（2）然后使KC由小往大逐步改变，并且每改变一次KC值时，通过改变给定值给系统施加一个阶跃干扰，同时观察过渡过程变化情况。如果衰减比小大于4：1，KC值继续增加，如果衰减比小于4：1，KC值继续减小，知道过程呈现4：1衰减如图为止（插入图《过控》P49图1.38）

41Ts

（3）通过上述试验可以找到4：1衰减振荡时的放大倍数为Ks以及振荡周期Ts。根据下表给出的经验公式，可以算出采用不同类型控制器使过渡过程出现4：1振荡的控制器参数值。

表 4：1衰减曲线法整定控制器参数经验公式

控制器类型 P(KC) P PI PID Ks 0.83 Ks 1.25 Ks 控制器参数 I(TI)/min — 0.5Ts 0.3Ts D(TD)/min — — 0.1Ts （4）按经验公式算出控制参数后按照先比例、后积分、最后微分的程序，一次将控制器参数放好。不过在放积分、微分之前应将KC放在一个比计算值稍小一些（一般小20%）的数值上，待积分、微分放好后再将KC放到计算值上。放好控制器参数之后再加一次干扰，验证一下过渡过程是否呈4：1衰减振荡。

（5）如果不符合要求可适当调整一下KC值，直到满意为止

优点：4：1衰减曲线法试验过渡过程呈现振荡的时间比较短，而且又是衰减振荡，因此易为工作人员所接受。这种整定方法应用比较广泛。

缺点：有时4：1衰减不太好确定，只能近似。有些对象中，由于控制过程进行得比较快，从记录曲线上读出衰减比有困难，这时有一种近似的替代方法，即观察控制器输出的变化。如果控制器输出电流来回摆动两次就达到稳定状态，则可以认为该过程是4：1的。而波动一次的时间即Ts。再根据此时控制器的δs值就可以按照上表计算控制器参数。