PID调节器参数整定的必要性和常用整定方法

时间:2019-05-24 17:21 来源:自动控制网

在自控过程中，由于外界干扰或改变给定值，将使实际测量值和给定值之间产生一个“偏差”，由于PID调节器的控制作用，可使偏差逐渐趋近于零，使测量值逐渐恢复到给定值。工艺上一般希望测量值恢复到给定值的时间越短越好；希望测量值冲过给定值的幅度也叫超调量，其越小越好；希望过渡过程中的测最值在给定值两侧的振荡次数愈少愈好。这三个指标的实现，一般都是通过正确选用和调整PID参数，使其符合要求。PID参数如何整定呢？严格说来，操作人员应该了解对象特性，即对象、阀门和测量变送器的静、动态特性，但这对于一般操作人员来讲，困难就太大了。为此，目前工业上常用的参数整定方法是经验试凑和理论估算相结合的方法，即根据对广义对象特性的估计，通过现场调整并观查被调参数的変化情况，最后确定出合适的PID调节器参数。常用的整定方法有：临界比例度法、衰减曲线法和经验法等。
1、参数整定的必要性和整定要点
一个既定的调节系统要实现预定的调节过程，必须通过选择对应的PID调节器参数，才能保证和提高调节质量。另外，不同调节回路的对象特性和干扰形式与大小也各不相同，因此要达到应有的控制质量指标，必须正确选择P、I、D参数。例如,流量对象反应非常灵敏，而温度对象滞后比较大，所以流量系统选用的比例度都要大于温度对象的比例度。参数整定的过程就是根据调节系统中各环节的对象特性，调整PID调节器中的可变参数，即比例度(P)、积分时间(I)和微分时间(D)，以便使被调参数受干扰后，能以一定的变化规律恢复到给定值。一般要求波动曲线的衰减度调到4:1~10:1为合适。
在参数整定过程中，由于比例调节是最结本的调节，因此一般都是先调好比例度，然后通过调节积分时间消除偏差，调节微分时间使调节质量进一步提高。
2、用临界比例度法整定PID调节器参数
临界比例度也叫等幅振荡比例度法。其特点是不需要求得调节对象特性，直接在闭合的调节系统中进行整定。用临界比例度法调整PID参数，在多数系统中均可采用，但不宜用于临界比例度过小(当临界比例度过小时，容易导致阀门全开或全关)，工艺参数不允许振荡的场合。
3、用衰减曲线法整定PID参数
衰减曲线法是在总结临界比例度法和其他一些方法的基础上，经过反复实践提出来的。衰减曲线法整定PID参数特点：直接闭合系统在纯比例度作用下，以4:1或10:1的衰减曲线作为整定目的，而直接求得PID调节器的比例度。衰减曲线法一般适用于对象时间常数较大，干扰较小，又不经常有干扰的场合。
3、用经验法整定PID参数
经验法实际上也是一种凑试法。在科研及化工生产中，有时原料量太大或带走热量太多时，空载调PID参数就意义不大。另外，实际生产中有时不允许改变给定值来反复调整PID，只能在每次加料或开车的实际生产中一次调整，这样可根据控制参数的不同特点，先用经验数据，然后再根据PID参数的过程控制品质要求，逐步修正参数，直至获得最佳控制品质。经验法整定PID简单可靠，对记录曲线不规则，干扰频繁，对象时间常数小，无法获得对象特性的场合均可适用。