ProcessControl

過程控制8/16/20241過程控制青海大學1、5控制器的模擬控制算法常規(guī)控制器的組成：給定值設定機構(gòu)，偏差比較機構(gòu)，控制運算模塊。8/16/20242過程控制青海大學反饋控制給定（目標）輸出（控制結(jié)果）——根據(jù)誤差進行的控制8/16/20243過程控制青海大學反饋控制控制器執(zhí)行器被控對象測量/變送器-+目標誤差輸出廣義對象PID8/16/20244過程控制青海大學常規(guī)PID控制系統(tǒng)的原理輸入：控制偏差e(t)=r(t)

-y(t)

輸出：偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)的線性組合

式中KP

——比例系數(shù)

TI

——積分時間常數(shù)

TD

——微分時間常數(shù)8/16/20245過程控制青海大學PID控制的優(yōu)點①原理簡單，使用方便；②適應性強；③魯棒性強；控制品質(zhì)對被控對象特性的變化不大敏感。④對模型依賴少。

1.5.1常規(guī)控制器模擬控制算法分析8/16/20246過程控制青海大學是最基本的控制規(guī)律。當負荷變化時，克服擾動能力強，控制作用及時，過渡過程時間短，但過程終了時存在余差，且負荷變化越大余差也越大。比例控制適用于控制通道滯后較小、時間常數(shù)不太大、擾動幅度較小，負荷變化不大、控制質(zhì)量要求不高，允許有余差的場合。如貯罐液位、塔釜液位的控制和不太重要的蒸汽壓力的控制等。比例控制算法（P調(diào)節(jié)）8/16/20247過程控制青海大學PID模擬控制算法傳遞函數(shù)：控制算式：理想算法

實際算法8/16/20248過程控制青海大學比例調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號與偏差信號成比例:一、比例控制算法傳遞函數(shù)：1）比例控制算法8/16/20249過程控制青海大學yu比例控制算法比例控制器的調(diào)整參數(shù)：Kc:比例放大倍數(shù)δ：比例帶

階躍響應曲線8/16/202410過程控制青海大學比例控制算法P調(diào)節(jié)的階躍響應P調(diào)節(jié)對偏差信號能做出及時反應，沒有絲毫的滯后。輸出u實際上是對其起始值的增量。因此，當偏差e為零，因而u＝0時，并不意味著調(diào)節(jié)器沒有輸出，它只說明此時有u=u0。u0的大小是可以通過調(diào)整調(diào)節(jié)器的工作點加以改變的。u=Kp

eu0u0+Kpe08/16/202411過程控制青海大學比例帶的定義：比例帶是一個無量綱的純數(shù)值其物理意義為：調(diào)節(jié)閥從全開到全關（輸出作全量程范圍變化時），輸入（被控量）的變化占其全量程變化范圍的百分數(shù)。輸入輸出是相對于控制器而言的

比例度

是指控制器輸入的變化相對值與相應的輸出變化相對值之比的百分數(shù)。

8/16/202412過程控制青海大學如果采用單元組合儀表，調(diào)節(jié)器的輸入和輸出都是統(tǒng)一的標準信號，即

，則有此時比例帶（比例度）δ與比例增益成反比，比例帶小，則較小的偏差就能激勵調(diào)節(jié)器產(chǎn)生100%的開度變化，相應的比例增益就大。8/16/202413過程控制青海大學δ具有重要的物理意義u代表調(diào)節(jié)閥開度的變化量，δ就代表使調(diào)節(jié)閥開度改變100%即從全關到全開時所需要的被調(diào)量的變化范圍。例如，若測量儀表的量程為100℃則δ＝50%就表示被調(diào)量需要改變50℃才能使調(diào)節(jié)閥從全關到全開。當被調(diào)量處在“比例帶”以內(nèi)調(diào)節(jié)閥的開度(變化)才與偏差成比例。超出這個“比例帶”以外調(diào)節(jié)閥已處于全關或全開的狀態(tài)，調(diào)節(jié)器的輸入與輸出已不再保持比例關系。8/16/202414過程控制青海大學比例帶舉例一只比例作用的電動溫度控制器,它的量程是100～200℃,電動控制器的輸出是0～10mA,假如當指示值從140℃變化到160℃時,相應的控制器輸出從3mA變化到8mA,這時的比例度為為8/16/202415過程控制青海大學比例帶的定義：

當溫度變化全量程的40%時,控制器的輸出從0mA變化到10mA。在這個范圍內(nèi),溫度的變化和控制器的輸出變化Δp是成比例的。但是當溫度變化超過全量程的40%時(在上例中即溫度變化超過40℃時),控制器的輸出就不能再跟著變化了。這是因為控制器的輸出最多只能變化100%。所以,比例度實際上就是使控制器輸出變化全范圍時,輸入偏差改變量占滿量程的百分數(shù)。說明8/16/202416過程控制青海大學比例度與輸入輸出的關系ue8/16/202417過程控制青海大學控制實例：浮子水位控制以原始平衡點作為設定點。例：流入量0.5t/h;流出量0.5t/h,水位高度40cm;流出量?新的水位高度？比例控制算法存在余差8/16/202418過程控制青海大學杠桿水槽液位浮子+-r=40cmyuym+++進水閥D出水閥浮子水位控制系統(tǒng)框圖8/16/202419過程控制青海大學比例調(diào)節(jié)特點這里的杠桿充當了比例調(diào)節(jié)器：液位變化e是其輸入；閥桿位移△u是其輸出；調(diào)節(jié)器的比例增益為：該比例調(diào)節(jié)器是有余差的！余差的大小與比例增益有關，Kp大，余差小。8/16/202420過程控制青海大學比例調(diào)節(jié)特點余差（或靜差）是指：被調(diào)參數(shù)的新的穩(wěn)定值與給定值不相等而形成的差值。余差的大小與調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)K或比例帶δ有關放大系數(shù)越小，即比例帶越大，余差就越大；放大系數(shù)越大，即比例帶越小，比例調(diào)節(jié)作用越強，余差就越小。8/16/202421過程控制青海大學2)比例增益對控制系統(tǒng)的影響KC變化對過渡過程的影響曲線KC從0·5變化到1·5時，隨著KC的減少輸出響應曲線的變化從黑色線變化到藍色線8/16/202422過程控制青海大學8/16/202423過程控制青海大學8/16/202424過程控制青海大學a)δ大調(diào)節(jié)閥的動作幅度小，變化平穩(wěn)，甚至無超調(diào)，但余差大，調(diào)節(jié)時間也很長b)δ減小調(diào)節(jié)閥動作幅度加大，被調(diào)量來回波動，余差減小c)δ進一步減小被調(diào)量振蕩加劇d)δ為臨界值系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)e)δ小于臨界值系統(tǒng)不穩(wěn)定，振蕩發(fā)散

δ對比例調(diào)節(jié)過程的影響8/16/202425過程控制青海大學比例調(diào)節(jié)的顯著特點就是有差調(diào)節(jié)。

Kc↑（δ↓)↑

最大偏差減小

調(diào)節(jié)周期縮短

穩(wěn)定性變差

余差也隨著減少8/16/202426過程控制青海大學若對象較穩(wěn)定（對象的靜態(tài)放大系數(shù)較小，時間常數(shù)不太大，滯后較?。﹦t比例增益可選大些，這樣可以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反應速度加快一些；相反，若對象的放大系數(shù)較大，時間常數(shù)較小，滯后時間較大則比例增益可選小一些，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。比例增益的一般選擇原則：8/16/202427過程控制青海大學二、比例積分控制算法

當對控制質(zhì)量有更高要求時，就需要在比例控制的基礎上，再加上能消除余差的積分控制作用。積分控制作用的輸出變化量Δp與輸入偏差e的積分成正比，即

積分控制規(guī)律Ki:積分速度；Ti:積分時間8/16/202428過程控制青海大學二、比例積分控制算法

1)積分控制器的動作規(guī)律積分時間越大，積分作用越弱。積分時間是指控制器在階躍作用下，從起點到控制器輸出累計到與輸入量相等所需要的時間Ti8/16/202429過程控制青海大學積分調(diào)節(jié)的階躍響應I調(diào)節(jié)器的輸出不僅與偏差信號的大小有關，還與偏差存在的時間長短有關。只要偏差存在，調(diào)節(jié)器的輸出就會不斷變化，直到偏差為零調(diào)節(jié)器的輸出才穩(wěn)定下來不再變化。所以積分調(diào)節(jié)作用能自動消除余差。注意I調(diào)節(jié)的輸出不像P調(diào)節(jié)那樣隨偏差為零而變到零。8/16/202430過程控制青海大學積分控制系統(tǒng)的特點：無差控制：只要有偏差存在，控制器就會一直調(diào)整輸出，直到偏差為零動作過程慢：積分環(huán)節(jié)有90°相角滯后，增加一個滯后環(huán)節(jié)，使過程變慢。積分作用對系統(tǒng)穩(wěn)定性不利1.5.2比例積分控制算法

8/16/202431過程控制青海大學積分速度（積分常數(shù)）的大小對調(diào)節(jié)過程影響：增大積分速度（積分時間減?。┱{(diào)節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低當積分速度大到超過某一臨界值時，整個系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定，出現(xiàn)發(fā)散的振蕩過程。S0愈大，則調(diào)節(jié)閥的動作愈快，就愈容易引起和加劇振蕩，而最大動態(tài)偏差則愈來愈小。減小積分速度（積分時間增大）調(diào)節(jié)閥的速度減慢，結(jié)果是系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加了，但調(diào)節(jié)速度變慢當積分常數(shù)小到某一臨界值時，調(diào)節(jié)過程變?yōu)榉钦袷庍^程。無論增大還是減小積分速度，被調(diào)量最后都沒有殘差8/16/202432過程控制青海大學積分調(diào)節(jié)的滯后性它的滯后特性使其難以對干擾進行及時控制，所以一般在工業(yè)中，很少單獨使用I調(diào)節(jié)，而基本采用PI調(diào)節(jié)代替純I調(diào)節(jié)。8/16/202433過程控制青海大學2)比例積分控制作用2KcE8/16/202434過程控制青海大學殘差的消除是PI調(diào)節(jié)器積分動作的結(jié)果。積分部分的閥位輸出使調(diào)節(jié)閥開度最終得以到達抵消擾動所需的位置。比例部分的閥位輸出Up在調(diào)節(jié)過程的初始階段起較大作用，但調(diào)節(jié)過程結(jié)束后又返回到擾動發(fā)生前的數(shù)值。比例積分調(diào)節(jié)過程8/16/202435過程控制青海大學比例積分控制過程特點具有比例調(diào)節(jié)作用反應快、無滯后的優(yōu)點，可以加快調(diào)整作用，縮短調(diào)節(jié)時間，又具有積分調(diào)節(jié)的優(yōu)點，可以消除靜差。比例控制作用為主，積分控制作用為輔（僅用于消除穩(wěn)態(tài)偏差）PI調(diào)節(jié)引入積分動作消除了系統(tǒng)余差，卻降低了原有系統(tǒng)的穩(wěn)定性。8/16/202436過程控制青海大學控制器積分時間變化時的輸出曲線定值控制系統(tǒng)8/16/202437過程控制青海大學隨動控制系統(tǒng)控制器積分時間變化時的輸出曲線8/16/202438過程控制青海大學3）比例積分調(diào)節(jié)對過渡過程的影響當工藝要求靜態(tài)無余差，控制對象容量滯后小，負荷變化幅度較大，但變化過程又較慢的場合，可采用比例積分作用控制規(guī)律的控制器。一般來說，積分時間越小，積分作用越強，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也相應下降，消除余差能力增強。8/16/202439過程控制青海大學3）積分時間對過渡過程的影響調(diào)節(jié)器其它參數(shù)不變，Ti僅僅變化時

在同樣比例度下，當縮短積分時間，加強積分控制作用時，一方面克服余差的能力提高，最大偏差減??；調(diào)節(jié)周期縮短，這是有力的一面。但另一方面會使過渡過程震蕩加劇，穩(wěn)定性降低。積分時間越短，震蕩傾向越強烈，甚至會成為不穩(wěn)定的發(fā)散震蕩，這是不利的一方面。8/16/202440過程控制青海大學3）積分時間對過渡過程的影響以系統(tǒng)穩(wěn)定性保持不變?yōu)榍疤幔擳i變化后必須相應調(diào)整比例度。

在相同的衰減比的情況下。當縮短積分時間，加強積分控制作用時，克服余差的能力提高，但最大偏差增加；調(diào)節(jié)周期增長。這主要是因為調(diào)節(jié)器加入積分后，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，為保持原系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須將比例度增大，這樣出現(xiàn)了以上的結(jié)論。8/16/202441過程控制青海大學

積分飽和:具有積分作用的調(diào)節(jié)器，只要被調(diào)量與設定值之間有偏差，其輸出就會不停的變化。如果由于某種原因（如閥門關閉、泵故障等），被調(diào)量偏差一時無法消除，然而調(diào)節(jié)器還是要試圖校正這個偏差，結(jié)果經(jīng)過一段時間后，調(diào)節(jié)器輸出將達到某個限制值并停留在該值上，這種情況稱為積分飽和。4）積分飽和及其防止8/16/202442過程控制青海大學積分飽和現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在間歇過程的控制中，如圖從安全角度考慮調(diào)節(jié)閥選氣關式，調(diào)節(jié)器選反作用。8/16/202443過程控制青海大學

u0.100.140.10->100%+-ruym++-8/16/202444過程控制青海大學積分飽和的防止

限幅法用高低值限幅器,控制器積分反饋信號限定在某個區(qū)域。外反饋法在控制器開環(huán)狀態(tài)下，不再使它自身的信號做積分反饋，而是采用合適的外部信號作為積分反饋信號。從而也切斷了積分正反饋，防止了進一步的偏差積分作用。積分切除法它是從控制器本身的線路結(jié)構(gòu)上想辦法。使控制器積分線路在開環(huán)情況下，會暫時自動切除，使之僅具有比例作用。所以這類控制器稱為PI-P控制器。

8/16/202445過程控制青海大學比例積分控制器對于多數(shù)系統(tǒng)都可采用，比例度和積分時間兩個參數(shù)均可調(diào)整。當對象滯后很大時，可能控制時間較長、最大偏差也較大；負荷變化過于劇烈時，由于積分動作緩慢，使控制作用不及時，此時可增加微分作用。三、比例微分控制算法8/16/202446過程控制青海大學

微分時間Td；微分增益Kd提供0至90o導前角，改善系統(tǒng)動態(tài)特性微分作用在靜態(tài)時輸出為0，無控制作用三、比例微分控制算法理想微分實際微分具有微分控制規(guī)律的控制器（9-20）8/16/202447過程控制青海大學比例微分控制算法理想比例微分控制算法增量式實際比例微分控制器傳遞函數(shù)8/16/202448過程控制青海大學微分作用純比例作用純比例作用TD大，微分作用強8/16/202449過程控制青海大學實際PD階躍響應8/16/202450過程控制青海大學引入微分作用要適當高頻噪聲大的被控對象不宜引入微分Kd>1正微分Kd<1反微分比例微分控制算法使用注意事項說明：微分作用的強弱用微分時間TD來衡量微分時間TD越大，微分作用越強，超前時間越大。理想的微分調(diào)節(jié)是不能單獨使用的，它總是依附于比例調(diào)節(jié)或比例積分調(diào)節(jié)的。8/16/202451過程控制青海大學比例微分控制的特點PD調(diào)節(jié)也是有差調(diào)節(jié)∵在穩(wěn)態(tài)下，de／dt＝0，PD調(diào)節(jié)器的微分部分輸出為零，因此，此時PD調(diào)節(jié)與P調(diào)節(jié)相同。微分調(diào)節(jié)有提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用∵微分調(diào)節(jié)動作總是力圖抑制被調(diào)量的振蕩引入微分動作要適度，當TD超出某一上限值后，系統(tǒng)反而變得不穩(wěn)定適度引入微分動作可以允許稍許減小比例帶這樣可以減小殘差、減小短期最大偏差、提高振蕩頻率同時保持衰減率不變。8/16/202452過程控制青海大學微分調(diào)節(jié)也有不利之處：微分動作太強容易導致調(diào)節(jié)閥開度向兩端飽和在PD調(diào)節(jié)中總是以比例動作為主，微分動作只能起輔助調(diào)節(jié)作用。PD調(diào)節(jié)器的抗干擾能力很差只能應用于被調(diào)量的變化非常平穩(wěn)的過程，一般不用于流量和液位控制系統(tǒng)。微分調(diào)節(jié)動作對于純遲延過程是無效的。比例微分控制的特點8/16/202453過程控制青海大學PD控制系統(tǒng)不同微分時間的響應過程8/16/202454過程控制青海大學四.比例積分微分三作用控制器PID調(diào)節(jié)：——將比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)作用結(jié)合起來的調(diào)節(jié)。PID調(diào)節(jié)器的動作規(guī)律是：比例積分微分(PID)控制算法

PID調(diào)節(jié)的三個特征參數(shù)——比例帶δ、積分時間TI、微分時間TD8/16/202455過程控制青海大學四.比例積分微分三作用控制器理想PID傳遞函數(shù)實際PID傳遞函數(shù)8/16/202456過程控制青海大學2、階躍響應與特征參數(shù)3、三種作用的相互配合8/16/202457過程控制青海大學PIDPDPKCKdEKCE8/16/202458過程控制青海大學P、I、PI、PD、PID控制作用對過渡過程的影響：8/16/202459過程控制青海大學1.5.2數(shù)字PID控制算法由氣動或液動、電動儀表組成的模擬PID控制器

由計算機實現(xiàn)的數(shù)字PID控制器

8/16/202460過程控制青海大學1.5.2數(shù)字PID控制算法（一）PID控制算法離散化連續(xù)時間t離散化采樣時刻點KT8/16/202461過程控制青海大學微分比例積分數(shù)字PID中對應的各項應為怎樣呢？（一）PID控制算法離散化8/16/202462過程控制青海大學（一）PID控制算法離散化微分比例積分控制器每執(zhí)行一次就計算一次8/16/202463過程控制青海大學（一）PID控制算法離散化微分比例積分控制器每執(zhí)行一次就計算一次Ts是控制周期，一個常量8/16/202464過程控制青海大學（一）PID控制算法離散化微分比例積分控制器每執(zhí)行一次就計算一次Ts是控制周期，一個常量8/16/202465過程控制青海大學（一）PID控制算法離散化數(shù)字PID，位置式計算到終端執(zhí)行器的輸出將三種作用匯集起來求和取代積分差分取代微分8/16/202466過程控制青海大學（一）PID控制算法離散化位置式PID控制算法帶來的問題對e(k)的累加增大了計算機的存儲量和運算的工作量u(k)的直接輸出易造成執(zhí)行機構(gòu)的大幅度動作有些應用場合要求增量式u(k)8/16/202467過程控制青海大學數(shù)字PID，增量式計算到達終端執(zhí)行器的變化量（一）PID控制算法離散化8/16/202468過程控制青海大學（一）PID控制算法離散化增量式PID控制系統(tǒng)示意圖位置式PID控制系統(tǒng)示意圖8/16/202469過程控制青海大學（一）PID控制算法離散化增量式PID控制算法的優(yōu)點不累加誤差，增量的確定僅與最近幾次偏差采樣值有關，計算精度對控制量的計算影響較小；得出的是控制量的增量，誤動作影響??；增量型算法不對偏差做累加，因而也不易引起積分飽和；易實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。8/16/202470過程控制青海大學（二）數(shù)字PID控制算法的改進積分項的改進積分分離PID算法遇限削弱積分PID算法8/16/202471過程控制青海大學（二）數(shù)字PID控制算法的改進積分分離PID算法控制偏差較大時，取消積分作用，以減小超調(diào)；控制偏差較小時，再恢復積分作用，以消除余差

式中8/16/202472過程控制青海大學（二）數(shù)字PID控制算法的改進遇限削弱積分PID算法若上一時刻控制輸出已經(jīng)達到最大（?。瑒t此次只累加負（正）偏差，以避免控制量長時間停留在飽和區(qū)。

8/16/202473過程控制青海大學（二）數(shù)字PID控制算法的改進微分項的改進微分作用對高頻干擾非常靈敏，容易引起控制過程振蕩，降低調(diào)節(jié)品質(zhì)。為此有必要對PID算法中的微分項進行改進。微分項的改進算法不完全微分算法微分先行8/16/202474過程控制青海大學（二）數(shù)字PID控制算法的改進不完全微分8/16/202475過程控制青海大學（二）數(shù)字PID控制算法的改進微分先行只對測量值y(t)微分，而不對偏差e(t)微分，也即對給定值r(t)無微分作用。這樣在調(diào)整設定值時，控制器的輸出就不會產(chǎn)生劇烈的跳變，也就避免了給定值升降給系統(tǒng)造成的沖擊。8/16/202476過程控制青海大學（二）數(shù)字PID控制算法的改進8/16/202477過程控制青海大學1.5.3開關控制一、雙位控制理想的雙位控制器其輸出p與輸入偏差額e之間的關系為理想雙位控制特性雙位控制示例8/16/202478過程控制青海大學將上圖中的測量裝置及繼電器線路稍加改變，便可成為一個具有中間區(qū)的雙位控制器，見下圖。由于設置了中間區(qū)，當偏差在中間區(qū)內(nèi)變化時，控制機構(gòu)不會動作，因此可以使控制機構(gòu)開關的頻繁程度大為降低，延長了控制器中運動部件的使用壽命。實際的雙位控制規(guī)律二、具有中間區(qū)的雙位控制具有中間區(qū)的雙位控制過程1.5.3開關控制8/16/202479過程控制青海大學1.5.3開關控制雙位控制過程中一般采用振幅與周期作為品質(zhì)指標結(jié)論被控變量波動的上、下限在允許范圍內(nèi)，使周期長些比較有利。雙位控制器結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、易于實現(xiàn)，因而應用很普遍。8/16/202480過程控制青海大學1.5.3開關控制三、多位控制對系統(tǒng)的控制效果較好，但會使控制裝置的復雜程度增加。

三位控制器特性圖8/16/202481過程控制青海大學控制規(guī)律優(yōu)缺點適用場合位式結(jié)構(gòu)簡單;價格便宜;控制質(zhì)量不高;被控變量會振蕩對象容量大,負荷變化小,控制質(zhì)量要求不高,允許等幅振蕩比例（P）結(jié)構(gòu)簡單;控制及時;參數(shù)整定方便;控制結(jié)果有余差對象容量大,負荷變化不大、純滯后小,允許有余差存在,例如一些塔釜液位、貯槽液位、冷凝器液位和次要的蒸汽壓力控制系統(tǒng)等比例積分PI能消除余差;積分作用控制緩慢;會使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差

對象滯后較大,負荷變化較大,但變化緩慢,要求控制結(jié)果無余差。此種規(guī)律廣泛應用于壓力、流量、液位和那些沒有大的時間滯后的具體對象比例微分PD響應快、偏差小、能增加系統(tǒng)穩(wěn)定性;有超前控制作用,可以克服對象的慣性;控制結(jié)果有余差對象滯后大,負荷變化不大,被控變量變化不頻繁,控制結(jié)果允許有余差存在比例積分微分PID控制質(zhì)量高;無余差;參數(shù)整定較麻煩對象滯后大;負荷變化較大,但不甚頻繁;對控制質(zhì)量要求高。例如精餾塔、反應器、加熱爐等溫度控制系統(tǒng)及某些成分控制系統(tǒng)8/16/202482過程控制青海大學1.6控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的整定按照已定的控制方案，求取使控制質(zhì)量最好的控制器參數(shù)值。即確定最合適的控制器比例度δ、積分時間TI和微分時間TD。方法理論計算的方法和工程整定法。8/16/202483過程控制青海大學PID控制作用比例作用P是基本控制作用，輸出與輸入無相位差。Kc越大控制作用越強，隨著Kc的增加(比例度δ減小)，余差下降，最大偏差減小，但穩(wěn)定性變差。比例作用P引入積分作用I后，可以消除余差。但是幅值增加，相位滯后，使穩(wěn)定性裕度下降，為保持同樣穩(wěn)定性裕度，Kc應減少10-20%(比例度δ應增加10-20%)。積分時間Ti越短，積分作用越強，Ti趨向無窮大時無積分作用。應防積分飽和。8/16/202484過程控制青海大學PID控制作用比例作用P引入適當微分作用D后，幅值增加，相位超前，使穩(wěn)定性裕度提高，為保持同樣穩(wěn)定性裕度，Kc應增加10-20%(比例度δ應減少10-20%)。微分作用D可以克服容滯后，但對時滯毫無作用。微分時間Td越大，微分作用越強，Td=0無微分作用。8/16/202485過程控制青海大學控制器增益Kc或比例度δ

增益Kc

的增大（或比例度δ下降），使系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用增強，但穩(wěn)定性下降；積分時間Ti

積分作用的增強（即Ti下降），使系統(tǒng)消除余差的能力加強，但控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降；微分時間Td

微分作用增強（即Td增大），可使系統(tǒng)的超前作用增強，穩(wěn)定性得到加強，但對高頻噪聲起放大作用，主要適合于特性滯后較大的廣義對象，如溫度對象等。PID參數(shù)對控制性能的影響8/16/202486過程控制青海大學控制器參數(shù)整定的若干原則8/16/202487過程控制青海大學控制器參數(shù)整定的若干原則8/16/202488過程控制青海大學一、經(jīng)驗整定法

根據(jù)經(jīng)驗先將控制器參數(shù)放在一個數(shù)值上，直接在閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，通過改變給定值施加干擾，在記錄儀上觀察過渡過程曲線，運用δ、TI、TD對過渡過程的影響為指導，按照規(guī)定順序，對比例度δ、積分時間TI和微分時間TD逐個整定，直到獲得滿意的過渡過程為止。8/16/202489過程控制青海大學控制器參數(shù)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)表一、經(jīng)驗整定法8/16/202490過程控制青海大學整定的步驟（1）先用純比例作用進行湊試，待過渡過程已基本穩(wěn)定并符合要求后，再加積分作用消除余差，最后加入微分作用是為了提高控制質(zhì)量。關鍵看曲線，調(diào)參數(shù)。一、經(jīng)驗整定法8/16/202491過程控制青海大學三種振蕩曲線比較圖比例度過大、積分時間過大時兩種曲線比較圖比例度過小、積分時間過小或微分時間過大，產(chǎn)生的周期性激烈振蕩。如果比例度過大或積分時間過大，過渡過程變化緩慢的情形。一、經(jīng)驗整定法8/16/202492過程控制青海大學（2）先按表中給出的范圍把TI定下來，如要引入微分作用，可取TD＝(1/3～1/4)TI，然后對δ進行湊試，湊試步驟與前一種方法相同。特點方法簡單，適用于各種控制系統(tǒng)。特別是外界干擾作用頻繁，記錄曲線不規(guī)則的控制系統(tǒng)，采用此法最為合適。此法主要是靠經(jīng)驗，在缺乏實際經(jīng)驗或過渡過程本身較慢時，往往較為費時。一、經(jīng)驗整定法8/16/202493過程控制青海大學

對于同一個系統(tǒng)，不同的人采用經(jīng)驗湊試法整定，可能得出不同的參數(shù)值。在一個自動控制系統(tǒng)投運時，控制器的參數(shù)必須整定，才能獲得滿意的控制質(zhì)量。同時，在生產(chǎn)進行的過程中，如果工藝操作條件改變，或負荷有很大變化，被控對象的特性就要改變，因此，控制器的參數(shù)必須重新整定。注意！8/16/202494過程控制青海大學幾種常用的工程整定法二、臨界比例度法

先通過試驗得到臨界比例度δk和臨界周期Tk，然后根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)出來的關系求出控制器各參數(shù)值。臨界振蕩過程8/16/202495過程控制青海大學幾種常用的工程整定法臨界振蕩過程8/16/202496過程控制青海大學控制作用比例度/%積分時間TI/min微分時間TD/min比例比例+積分比例+微分比例+積分+微分2δk2.2δk1.8δk1.7δk0.85Tk0.5Tk0.1Tk0.125Tk

臨界比例度法參數(shù)計算公式表特點

比較簡單方便，容易掌握和判斷，適用于一般的控制系統(tǒng)。對于臨界比例度很小的系統(tǒng)不適用。對于工藝上不允許產(chǎn)生等幅振蕩的系統(tǒng)本方法亦不適用。

8/16/202497過程控制青海大學三、衰減曲線法通過使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減振蕩來整定控制器的參數(shù)值。4∶1和10∶1衰減振蕩過程在閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，先將控制器變?yōu)榧儽壤饔?，并將比例度預置在較大的數(shù)值上。在達到穩(wěn)定后，用改變給定值的辦法加入階躍干擾，觀察被控變量記錄曲線的衰減比，然后從大到小改變比例度，直至出現(xiàn)4∶1或10∶1衰減比為止。通過比例度δs

和衰減周期TS,得到控制器的參數(shù)整定值。8/16/202498過程控制青海大學三、衰減曲線法控制作用δ/%TI/minTD/min比例δs比例+積分1.2δs0.5TS比例+積分+微分0.8δs

0.3TS0.1TS控制作用δ/%TI/minTD/min比例δs′比例+積分1.2δs′2T升比例+積分+微分0.8δs′1.2T升0.4T升4∶1衰減曲線法控制器參數(shù)計算表

10∶1衰減曲線法控制器參數(shù)計算表8/16/202499過程控制青海大學（1）加的干擾幅值不能太大，要根據(jù)生產(chǎn)操作要求來定，一般為額定值的5％左右，也有例外的情況。（2）必須在工藝參數(shù)穩(wěn)定情況下才能施加干擾，否則得不到正確的δS

、TS或δS′和T升值。（3）對于反應快的系統(tǒng)，如流量、管道壓力和小容量的液位控制等，要在記錄曲線上嚴格得到4∶1衰減曲線比較困難。一般以被控變量來回波動兩次達到穩(wěn)定，就可以近似地認為達到4∶1衰減過程了。注意！8/16/2024100過程控制青海大學四、響應曲線法

在系統(tǒng)處于開環(huán)情況下，首先做被控對象的階躍曲線，從該曲線上求得對象的純滯后時間τ、時間常數(shù)T、和放大系數(shù)K。然后在按表經(jīng)驗公式計算Kp、Ti和Td。8/16/2024101過程控制青海大學響應曲線法PID參數(shù)整定步驟：（1）在手動狀態(tài)下，改變控制器輸出（通常采用階躍 變化），記錄被控變量的響應曲線（2）由開環(huán)響應曲線獲得單位階躍響應曲線，并求取 “廣義對象”的近似模型與模型參數(shù)（3）根據(jù)控制器類型與對象模型，選擇PID參數(shù)并投入閉環(huán)運行。在運行過程中，可對增益作調(diào)整四、響應曲線法

8/16/2024102過程控制青海大學參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查先是比例后積分，最后再把微分加曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳曲線偏離回復慢，積分時間往下降曲線波動周期長，積分時