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1、自动控制系统:闭环控制系统u二A. 正反馈B. 负反馈PID参数调整开环控制系统(opervloop control system)是指被控对象幵坏抄制系统 十二二 的输出(被控制暈)对控制器(controller)的输出没有影响。闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被 控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出形成 一个或多个闭环。若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈, 若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制 系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。系统构成:一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制 器的输
2、岀经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感 器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行 机构是不一样的。比如压力控制系统耍采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是 温度传感器。控制方法：在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微 分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年 历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控 制的主要技术之一。比例调节(P)：其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。存在静态 误差。积分调节(I)：控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。消除静
3、态误差。微分调节(D)：控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率) 成正比关系。提前控制，消除大惯量和滞后的影响。一些基本概念:单回路：就是指有一个PID的调节系统。串级：一个以上PID的调节系统，前级的输出作为后级的输入，一个主调，其 余的副调。正作用：比方说一个水池有一个进水口和一个出水口，进水量固定不变, 靠询节出水口 h勺水運调节水池 增大，对于PID调偏来泌，z 叫做正作用。负作用：还是这个水池，我们把出水量固定不变，而依靠调节进水量来调节 水池水位。那么如果水池水位增高，就需要关小进水量。对于PID调节器来说, 输出随着被调量的增高而降低的作用叫做负作用。动态w：在週节过程
4、出，邀调量和谡定值之间的偏差随时改变，任意时刻 两者之间的偏差叫做动态偏羌。简称动羌。独杳偏养：型解趋于稳定之后，被调量和设定值之间还存在的偏差叫做静态 偏差。间称静差。回调：调节器调节作用显现，使得被调量开始由上升变为下降，或者由下降 变兎上弁。P、I、D在自动调节中的作用P,比例作用。就是把调节器的输入偏差乘以一个系数，作为调节器的出。1. 对于正作用的调节系统，定点、谷底均发生在同一时间。2. 对于正作用的调节系统，被调量的曲线上升，输出曲线就上升；被调量曲 下降，输出曲线就下降。两者趋势一样。3. 对于负作用的调节系统，被调量曲线和输出曲线相对。4. 波动周期完全一致。5. 只要被调量
5、变化，输出就变化；被调量不变化，不管静态偏差有多大，输 出也不会变化。I,如果调节器的输如偏差不等于零，就让调节器的输出按照一定的速度一直朝一 个方向累积下去。相当于一斜率发生器，与输出的升降与被调量的升降无关，与输入偏差的正负有关。 输出的升降与被调量的大小无关。输出d勺貓率与被调量6勺大小有关。仁2、3、4、5、6P、I、D在自动调节中的作用那么单纯积分作用的特性总结如下:贅第和删臨協蠢腐i聯的输出按照一定的速被调量不管怎么变化，输岀始终不会出现节跃扰动。 被调量达到顶点的时候，输岀的变化趋势不变，速率开始减缓。 输出曲线达到顶点的时候，必然是输入偏差等于零的时候。11 寸2(3 (4t5
6、<P、I、D在自动调节中的作用D,微分作用。被调量不动，输出不动；被调量一动，输出马上跳。单纯的微分作用是不 存在的。根据微分作用的特点，咱们可以得出如下曲线的推论：1、微分作用与被调量的大小无关，与被调量的变化速率有关；2、与被调量的正负无关，与被调量的变化趋势有关；3?如果被调量有一个，就相当于输入变化的速度无穷大，那么输岀会直接到最小或 者最大；4、微分参数有的是一个，用微分时间表示。有的分为两个：微分增益和微分时间。 微分增益表示输出波动的幅度，搏动后还要输岀回归，微分时间表示回归的快慢。 见图三，KD是飯分增益，TD是微分时间。5、由第4条得出推论：波动调节Z后，输出述会自动拐
7、回头。0to TCPID调节原则1、把串级调节系统孤立成两个单回路。把主、副调隔离 开来，让一个参数迟钝，观察另一个参数。这个参数确定 后，再设置剩下一个；2、把相互耦合的系统解耦为几个独立的系统，在稳态下, 进行参数判断。让各个系统之间互不干扰，然后再考虑耦 合；3、把P、I、D隔离开来。先去掉积分、微分作用，让系 统变为纯比例调节方式。然后再考虑积分，然后再考虑微 分。PID调节参数调整一般方法调整顺序工工：垓次'23比例带 P（宽）20%（中）10%（窄）5%积分时间丨（弱作用）200秒（中度作用）100秒（强作用）50秒微分时间D（强作用）40秒（中度作用）20秒（弱作用）10
8、秒1.启动装置，观察装置运行情况，按下表逐步调整（表中数据为举例）:PID各值调整 仃顺序注：1比例带过窄（P值过小）容易产生振荡动作.2. 一般情况下微分时间与积分时间的关系：W （46）°3. 在电机、调节阀的控制场合.为了延长电机寿命，通常把D值设为0秒，即取消微分动作。成品仪表默认的PID参数一般为：5%, 120$, 30$；2.装置启动后根据PV （测量值，即控制对象实际值）调整参数的方法:（D超程大（超调、过冲大）:见左图°方法：先把P值调小（比例带变窄）如果还产生超程，请把值调小（积分作用变强） 同时按照（46）的公示改变微分时间 起动时间过长（达到设定值太
9、慢）：见左图。 方法：把R值调小（比例带变窄）把值调小（积分作用变强）Offset （偏差）难以消除：见左图。 方法：把值调小（积分作用变强）产生振荡：见左图。方法：关掉积分与微分动作（均设为0）如果还存在振荡，把P值调大（调宽比例带）3最佳PID与变更为他PID值后的波形趋势比较：【PV与MV的关系】概念：PV即我们控制对象的变旱，即测旱值，如温度、压力、流旱等。MV即操作旱，是一个百分比值。简 单的含义就是PID控制输出的程度，以160°回转角度阀门为例，M/=50%就意味着我们给出的控制信号正 好使阀门开度为80 ° ,即最大开度的50%。对PID控制，PV的动向与M
10、V的动向有密切关系。作为控制的考虑方向，如果MV能按理想状态进行动 作，PV也将追踪MV的变化，从而再现理想的PV控制结果。同时监测PV及MV的动向进行PID调整相比于 仅仅监测P”的动向进行PID调整，会更容易判断怎样来调整PID值。诜轴是时间。F面的控制状态图SfBPV与MV在同一趋势上表示。坐标右纵轴是PV值，左纵轴是MV值,（1）仅P控制的祷势图比较:>M*pv>MVPVMVP=1.5%P=3.0%P=6.0%<03 8»加|0对于该装置.比例带在36%左右时控制效果最佳.比例带小于3%时由于系统灵敏度太高会产生振荡, 比例带大于6%时，达到设定值的整定时间
11、会过长。卩=最佳值的1/2mMM>l<aHttMe)l（比例带）变更时的趋势比较:P =最佳值卩=最佳值的2倍对于该装置争比例带在最佳值的1/2倍左右时如果仅看起动状态，是并不差的趋势，但MV会开始整动. 可认为比例带在该值是一个下限值，而当是P最佳值的2倍时，由于灵敏度变差，起动时会产生超程匚（3）对于最佳PID值，进行积分微分变更时的趋势图:大(弱作用积分值小(强作用积分值大.微分值小结果：起动时间长PVMVPVMV积分值大.微分值大结果：起动时间长PVMV最佳PID值积分值小微分值小 结果；积分太强，微分动作 较弱，起动时产生超程。积分值小、微分值大 结果；由于积分、微分动作 均强，MV变化剧烈，PV值 难以稳定下来。小（弱作用）V微分值A大（强作用）PID参数调整口诀参数整定找最佳，从小到大顺序查先是比例后积分，最后再把微分加 曲线振荡很频繁，比例度盘要放大 曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳 曲线偏离回复慢，积分时间往下降 曲线波动周期长，积分时间再加长 曲线振荡频奉快，先把微分降下乘 动差大来波动慢。微分时间应加长 理想曲线两个波，前高后低4比1 一看二调多分析，调节质量不会低