一文看懂pd控制器的參數(shù)整定

　　在化工、冶金、機械、熱工和輕工等工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，PID（比例P、積分1、微分D）控制器是最常見的一種控制調(diào)節(jié)器。在工業(yè)過程控制中，90%以上的控制回路具有PID結(jié)構(gòu)，PID 調(diào)節(jié)的最終目標(biāo)是使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)，使最大動態(tài)偏差盡可能小、調(diào)節(jié)時間最短、調(diào)節(jié)過程系統(tǒng)輸出的誤差積分值最小等等。

　　pd控制器的參數(shù)整定

　　在實際的應(yīng)用中，最多的是通過湊試法來確定PID 的參數(shù)，增大比例系數(shù)P，將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差，但是過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。增大積分時間有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，但是系統(tǒng)靜差消除時間變長。增大微分時間有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使系統(tǒng)超調(diào)量小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對擾動的抑制能力減弱。在湊試時，可參考以上參數(shù)對系統(tǒng)控制過程的影響趨勢，對參數(shù)調(diào)整實行先比例、后積分，再微分的整定步驟。

　　首先整定比例部分。將比例參數(shù)由小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已經(jīng)小到允許范圍內(nèi)，并且對響應(yīng)曲線已經(jīng)滿意，則只需要比例調(diào)節(jié)可。如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計要求，則必須加人積分環(huán)節(jié)。在整定時先將積分時間設(shè)定到一個比較大的值，然后將已經(jīng)調(diào)節(jié)好的比例系數(shù)略為縮?。ㄒ话憧s小為原值的0.8），然后減小積分時間，使得系統(tǒng)在保持良好動態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。在此過程中，可根據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變比例系數(shù)和積分時間，以期得到滿意的控制過程和整定參數(shù)。如果在上述調(diào)整過程中對系統(tǒng)的動態(tài)過程反復(fù)調(diào)整還不能得到滿意的結(jié)果，則可以加入微分環(huán)節(jié)。首先把微分時間設(shè)置為0，在上述基礎(chǔ)上逐漸增加微分時間，同時相應(yīng)的改變比例系數(shù)和積分時間，逐步湊試，直至得到滿意的調(diào)節(jié)效果。

　　根據(jù)多年的施工經(jīng)驗，針對不同的控制對象可以設(shè)定初始調(diào)整參數(shù)，見表1;再不斷改變參數(shù)的大小，同時觀察輸出的變化趨勢，直到輸出達到- 一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)為止。通常塔或加熱器的溫度控制在參數(shù)調(diào)整時要比簡單的流量控制復(fù)雜的多。對于溫度或壓力控制器而言，當(dāng)其量程范圍不同時，其增益的初始值也不同。例如對于同一一個控制過程和同一種規(guī)格的控制閥，溫度量程為0~1000C的增益應(yīng)為溫度量程為0~100C的10倍。，這一點同樣適用于壓力控制器。

　　普通回路的規(guī)則

　　1、流量回路

　　在工業(yè)過程控制的PID回路中，大約一半是流量回路。在流量回路的控制器整定時，一般先將I設(shè)為0.1min，再將增益設(shè)為0.33，根據(jù)輸出的變化趨勢，不斷調(diào)整增益的大小，有時可能由于現(xiàn)場儀表的質(zhì)量不好，使輸出無法穩(wěn)定，那么將增益設(shè)為0.1，邊觀察邊調(diào)整，直到輸出達到一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)為止。對于現(xiàn)場閥已安裝閥門定位器的回路的增益是未安裝遠程位置調(diào)節(jié)器的回路的增益的2到3倍。流量回路的PID 控制器不能用微分調(diào)節(jié)。當(dāng)閥或其他最終控制元件處于全開或全關(guān)的狀態(tài)時，控制器無法起到正常的調(diào)節(jié)作用。

　　2、液位回路

　　在PID 回路中，除了流量最為普遍的便是液位。在液位回路的PID調(diào)節(jié)過程中應(yīng)注意的是積分時間不能設(shè)的太小。如果將積分時間設(shè)的太小，回路將會以10~15 min 的時間進行循環(huán)，循環(huán)的周期大小與積分時間成反比例關(guān)系。大約80%到90%的液位回路將積分時間設(shè)為10min，回路都會達到一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。在液位的PID控制中，不能用積分控制。只有在某些極其特殊的情況下才會用到積分控制，比如：在液位控制閥具有大滯后的情況下，才用積分對其進行補償控制，以消除由于干擾而使閥位發(fā)生的抖動。

　　3、壓力回路

　　氣體壓力的控制回路的PID 參數(shù)的調(diào)整與液位回路類似。液體壓力的控制回路的PID 參數(shù)的調(diào)整與流量回路類似。

　復(fù)雜控制回路的規(guī)則

　　對與復(fù)雜控制回路有兩種方式對參數(shù)進行調(diào)整。第一種是先設(shè)一個安全的增益值，再將積分時間設(shè)為5~10min之間的某一個數(shù)值，微分不用設(shè)。當(dāng)測量值接近設(shè)定值時將控制器的控制方式由手動變?yōu)樽詣印Ｈ绻刂谱兞堪l(fā)生周期性的循環(huán)，每個周期的波峰值到波峰值的時間就是該控制回路的控制周期。

　　如果下一個周期的波峰值比前一個周期的波峰值遠離設(shè)定值，這時需要將增益減少到原值的二分之一到三分之一，直到周期停止擴張。如果積分時間小于周期的一半，容易引起循環(huán)，此時需增大積分時間。周期隨著積分時間的增大而變小。當(dāng)周期達到積分時間的2倍時，循環(huán)將被抑制，此時回路便達到穩(wěn)定狀態(tài)。，觀察一段時間以確保該回路真正的達到穩(wěn)定狀態(tài)。

　　結(jié)束語

　　在PID 參數(shù)整定的過程中，由于參數(shù)的整定不合適，就會不穩(wěn)定，或過分的穩(wěn)定，在有外擾的情況下，偏差產(chǎn)生到復(fù)歸需要很長的時間，這也是不允許的。進行控制的目的有：沒有靜差，穩(wěn)定，響應(yīng)快，動作均勻，要想充分滿足這些條件，就必須對控制系統(tǒng)進行調(diào)整?？墒窃趯嶋H情況下，要同時滿足這些條件非常困難，只有依其過程特性，把最重要的條件作為目標(biāo)，對制系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)在實際中由于工況的不同，回路在參數(shù)調(diào)節(jié)的時候，要具體情況具體對待，在實際的調(diào)節(jié)過程中要靈活運用PID 參數(shù)，以達到最優(yōu)的控制效果。