Process Control & Instrumentation Technology
主要内容
PID参数对系统动静态特性的影响
控制器参数整定：
现场试凑法
临界比例度法
衰减曲线法
采样周期选择
Process Control & Instrumentation Technology
PID参数对系统动静态特性的影响
比例度过小，即比例放大系数过大时，比例控制作用很强，系统有可能产生振荡 ；
积分时间过小时，积分控制作用很强，易引起振荡 ；
微分时间过大时，微分控制作用过强，易产生振荡。
Process Control & Instrumentation Technology
PID参数对系统动静态特性的影响比例（ P）控制
Process Control & Instrumentation Technology
PID参数对系统动静态特性的影响比例积分（ PI）控制
Process Control & Instrumentation Technology
PID参数对系统动静态特性的影响比例微分（ PD）控制
Process Control & Instrumentation Technology
PID参数对系统动静态特性的影响比例积分微分（ PID）控制
Process Control & Instrumentation Technology
控制器参数整定
指决定调节器的比例度 δ,积分时间 TI和微分时间 TD和采样周期 Ts的具体数值。
整定的实质是通过改变调节器的参数，使其特性和过程特性相匹配，以改善系统的动态和静态指标，取得最佳的控制效果。
Process Control & Instrumentation Technology
整定方法
整定调节器参数的方法很多，归纳起来可分为两大类，即理论计算整定法和工程整定法：
理论计算整定法有对数频率特性法、根轨迹法等；
工程整定法有经验法、衰减曲线法、监界比例度法和响应曲线法等。
Process Control & Instrumentation Technology
工程整定法特点
不需要事先知道过程的数学模型，直接在过程控制系统中进行现场整定
方法简单；
计算简便；
易于掌握。
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现场凑试法
按照先比例（ P）、再积分（ I）、最后微分（ D）
的顺序。
置调节器积分时间 TI=∞,微分时间 TD=0，在比例度
δ 按经验设置的初值条件下，将系统投入运行，整定比例度 δ 。求得满意的 4,1过渡过程曲线。
引入积分作用（此时应将上述比例度 δ 加大 1.2倍）。
将 TI由大到小进行整定。
若需引入微分作用时，则将 TD按经验值或按 TD=
（ 1/3～ 1/4） TI设置，并由小到大加入。
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临界比例度法
在闭合的控制系统里，将调节器置于纯比例作用下，从大到小逐渐改变调节器的比例度，得到等幅振荡的过渡过程。
此时的比例度称为临界比例度 δ k，相邻两个波峰间的时间间隔，称为临界振荡周期 Tk。
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临界比例度法步骤
将调节器的积分时间 TI置于最大（ TI=∞ ），微分时间置零（ TD=0），比例度 δ 适当，平衡操作一段时间，把系统投入自动运行。
将比例度 δ 逐渐减小，得到等幅振荡过程，记下临界比例度 δ k和临界振荡周期 Tk值。
根据 δ k和 Tk值，采用经验公式，计算出调节器各个参数，即 δ,TI,TD的值。
按,先 P后 I最后 D”的操作程序将调节器整定参数调到计算值上。若还不够满意，可再作进一步调整。
Process Control & Instrumentation Technology
临界比例度法整定注意事项
有的过程控制系统，临界比例度很小，使系统接近两式控制，调节阀不是全关就是全开，对工业生产不利。
有的过程控制系统，当调节器比例度 δ 调到最小刻度值时，系统仍不产生等幅振荡，
对此，就把最小刻度的比例度作为临界比例度 δ k进行调节器参数整定。
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衰减曲线法
选把过程控制系统中调节器参数置成纯比例作用（ TI=∞,TD=0）使系统投入运行。
再把比例度 δ 从大逐渐调小，直到出现 4：
1衰减过程曲线。
此时的比例度为 4,1衰减比例度 δ c，两个相邻波峰间的时间间隔，称为 4,1衰退减振荡周期 Ts。
Process Control & Instrumentation Technology
衰减曲线法
根据 δ c和 Ts，使用公式，即可计算出调节器的各个整定参数值。
按,先 P后 I最后 D”的操作程序，将求得的整定参数设置在调节器上。再观察运行曲线，若不太理想，还可作适当调整。
Process Control & Instrumentation Technology
衰减曲线法 注意事项
反应较快的控制系统，要认定 4,1衰减曲线和读出 Ts比较困难，此时，可用记录指针来回摆动两次就达到稳定作为 4,1衰减过程。
在生产过程中，负荷变化会影响过程特性。当负荷变化较大时，必须重新整定调节器参数值。
若认为 4,1衰减太慢，宜应用 10,1衰减过程。
对于 10,1衰减曲线法整定调节器参数的步骤与上述完全相同，仅仅采用计算公式有些不同。
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采样周期的选择
香农（ Shannon）采样定律,
为不失真地复现信号的变化，采样频率至少应大于或等于连续信号最高频率分量的二倍。
根据采样定律可以确定采样周期的上限值。
实际采样周期的选择还要受到多方面因素的影响。
不同的系统采样周期应根据具体情况来选择。
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采样周期的选择
通常按照过程特性与干扰大小适当来选取采样周期：
即对于响应快、（如流量、压力）波动大、
易受干扰的过程，应选取较短的采样周期；
反之，当过程响应慢（如温度、成份）、滞后大时，可选取较长的采样周期。
采样周期的选取应与 PID参数的整定进行综合考虑。
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采样周期的选择
采样周期应远小于过程的扰动信号的周期。
在执行器的响应速度比较慢时，过小的采样周期将失去意义，因此可适当选大一点。
在计算机运算速度允许的条件下，采样周期短，则控制品质好。
当过程的纯滞后时间较长时，一般选取采样周期为纯滞后时间的 1/4～ 1/8。
主要内容
PID参数对系统动静态特性的影响
控制器参数整定：
现场试凑法
临界比例度法
衰减曲线法
采样周期选择
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PID参数对系统动静态特性的影响
比例度过小，即比例放大系数过大时，比例控制作用很强，系统有可能产生振荡 ；
积分时间过小时，积分控制作用很强，易引起振荡 ；
微分时间过大时，微分控制作用过强，易产生振荡。
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PID参数对系统动静态特性的影响比例（ P）控制
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PID参数对系统动静态特性的影响比例积分（ PI）控制
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PID参数对系统动静态特性的影响比例微分（ PD）控制
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PID参数对系统动静态特性的影响比例积分微分（ PID）控制
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控制器参数整定
指决定调节器的比例度 δ,积分时间 TI和微分时间 TD和采样周期 Ts的具体数值。
整定的实质是通过改变调节器的参数，使其特性和过程特性相匹配，以改善系统的动态和静态指标，取得最佳的控制效果。
Process Control & Instrumentation Technology
整定方法
整定调节器参数的方法很多，归纳起来可分为两大类，即理论计算整定法和工程整定法：
理论计算整定法有对数频率特性法、根轨迹法等；
工程整定法有经验法、衰减曲线法、监界比例度法和响应曲线法等。
Process Control & Instrumentation Technology
工程整定法特点
不需要事先知道过程的数学模型，直接在过程控制系统中进行现场整定
方法简单；
计算简便；
易于掌握。
Process Control & Instrumentation Technology
现场凑试法
按照先比例（ P）、再积分（ I）、最后微分（ D）
的顺序。
置调节器积分时间 TI=∞,微分时间 TD=0，在比例度
δ 按经验设置的初值条件下，将系统投入运行，整定比例度 δ 。求得满意的 4,1过渡过程曲线。
引入积分作用（此时应将上述比例度 δ 加大 1.2倍）。
将 TI由大到小进行整定。
若需引入微分作用时，则将 TD按经验值或按 TD=
（ 1/3～ 1/4） TI设置，并由小到大加入。
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临界比例度法
在闭合的控制系统里，将调节器置于纯比例作用下，从大到小逐渐改变调节器的比例度，得到等幅振荡的过渡过程。
此时的比例度称为临界比例度 δ k，相邻两个波峰间的时间间隔，称为临界振荡周期 Tk。
Process Control & Instrumentation Technology
临界比例度法步骤
将调节器的积分时间 TI置于最大（ TI=∞ ），微分时间置零（ TD=0），比例度 δ 适当，平衡操作一段时间，把系统投入自动运行。
将比例度 δ 逐渐减小，得到等幅振荡过程，记下临界比例度 δ k和临界振荡周期 Tk值。
根据 δ k和 Tk值，采用经验公式，计算出调节器各个参数，即 δ,TI,TD的值。
按,先 P后 I最后 D”的操作程序将调节器整定参数调到计算值上。若还不够满意，可再作进一步调整。
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临界比例度法整定注意事项
有的过程控制系统，临界比例度很小，使系统接近两式控制，调节阀不是全关就是全开，对工业生产不利。
有的过程控制系统，当调节器比例度 δ 调到最小刻度值时，系统仍不产生等幅振荡，
对此，就把最小刻度的比例度作为临界比例度 δ k进行调节器参数整定。
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衰减曲线法
选把过程控制系统中调节器参数置成纯比例作用（ TI=∞,TD=0）使系统投入运行。
再把比例度 δ 从大逐渐调小，直到出现 4：
1衰减过程曲线。
此时的比例度为 4,1衰减比例度 δ c，两个相邻波峰间的时间间隔，称为 4,1衰退减振荡周期 Ts。
Process Control & Instrumentation Technology
衰减曲线法
根据 δ c和 Ts，使用公式，即可计算出调节器的各个整定参数值。
按,先 P后 I最后 D”的操作程序，将求得的整定参数设置在调节器上。再观察运行曲线，若不太理想，还可作适当调整。
Process Control & Instrumentation Technology
衰减曲线法 注意事项
反应较快的控制系统，要认定 4,1衰减曲线和读出 Ts比较困难，此时，可用记录指针来回摆动两次就达到稳定作为 4,1衰减过程。
在生产过程中，负荷变化会影响过程特性。当负荷变化较大时，必须重新整定调节器参数值。
若认为 4,1衰减太慢，宜应用 10,1衰减过程。
对于 10,1衰减曲线法整定调节器参数的步骤与上述完全相同，仅仅采用计算公式有些不同。
Process Control & Instrumentation Technology
采样周期的选择
香农（ Shannon）采样定律,
为不失真地复现信号的变化，采样频率至少应大于或等于连续信号最高频率分量的二倍。
根据采样定律可以确定采样周期的上限值。
实际采样周期的选择还要受到多方面因素的影响。
不同的系统采样周期应根据具体情况来选择。
Process Control & Instrumentation Technology
采样周期的选择
通常按照过程特性与干扰大小适当来选取采样周期：
即对于响应快、（如流量、压力）波动大、
易受干扰的过程，应选取较短的采样周期；
反之，当过程响应慢（如温度、成份）、滞后大时，可选取较长的采样周期。
采样周期的选取应与 PID参数的整定进行综合考虑。
Process Control & Instrumentation Technology
采样周期的选择
采样周期应远小于过程的扰动信号的周期。
在执行器的响应速度比较慢时，过小的采样周期将失去意义，因此可适当选大一点。
在计算机运算速度允许的条件下，采样周期短，则控制品质好。
当过程的纯滞后时间较长时，一般选取采样周期为纯滞后时间的 1/4～ 1/8。
