PID參數(shù)整定方法很多，常見的工程整定方法有臨界比例度法、衰減曲線法和經(jīng)驗(yàn)法。云南昌暉儀表制造有限公司以圖文形式介紹以臨界比例度法和衰減曲線法整定調(diào)節(jié)器PID參數(shù)方法。
臨界比例度法整定PID參數(shù)
一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在階躍干擾作用下，出現(xiàn)既不發(fā)散也不衰減的等幅震蕩過程，此過程成為等幅振蕩過程，如下圖所示。此時(shí)PID調(diào)節(jié)器的比例度為臨界比例度δk，被調(diào)參數(shù)的工作周期為為臨界周期Tk。
臨界比例度法整定PID參數(shù)步驟
臨界比例度法整定PID參數(shù)具體操作如下：
① 被控系統(tǒng)穩(wěn)定后,把PID調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間放到最大,微分時(shí)間放到零(相當(dāng)于切除了積分和微分作用,只使用比例作用)。
② 通過外界干擾或使PID調(diào)節(jié)器設(shè)定值作一階躍變化,觀察由此而引起的測量值振蕩。
③ 從大到小逐步把PID調(diào)節(jié)器的比例度減小，看測量值振蕩的變化是發(fā)散的還是衰減的，如是衰減的則應(yīng)把比例度繼續(xù)減小；如是發(fā)散的則應(yīng)把比例度放大。
④ 連續(xù)重復(fù)②和③步驟,直至測量值按恒定幅度和周期發(fā)生振蕩,即持續(xù)4-5次等幅振蕩為止。此時(shí)的比例度示值就是臨界比例度δk。
⑤ 從振蕩波形圖來看,來回振蕩1次的時(shí)間就是臨界周期Tk，即從振蕩波的第一個(gè)波的頂點(diǎn)到第二個(gè)波的頂點(diǎn)的時(shí)間。如果有條件用記錄儀，就比較好觀察了，即可看振蕩波幅值,還可看測量值輸出曲線的峰-峰距離，把該測量值除以記錄紙的走紙速度,就可計(jì)算出臨界周期Tk；如果是DCS控制或使用無紙記錄儀，在趨勢(shì)記錄曲線中可直接得出Tk。
臨界比例度法PID參數(shù)整定經(jīng)驗(yàn)公式
⑥計(jì)算所得的調(diào)節(jié)器參數(shù)輸入調(diào)節(jié)器后再次運(yùn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)，觀察過程變化情況。多數(shù)情況下系統(tǒng)均能穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，如果還未達(dá)到理想控制狀態(tài)，進(jìn)需要對(duì)參數(shù)微調(diào)即可。
衰減曲線法
衰減曲線法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)通常會(huì)按照4：1和10：1兩種衰減方式進(jìn)行，兩種方法操作步驟相同，但分別適用于不同工況的調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。
4：1衰減曲線法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)
純比例度作用下的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在比例度逐漸減小時(shí)，出現(xiàn)4:1衰減振蕩過程，此時(shí)比例度為4：1衰減比例度δs，兩個(gè)相鄰?fù)虿ǚ逯?/span>間的距離為4:1衰減操作周期TS，如下圖所示
4：1衰減曲線法整定PID參數(shù)步驟
①在閉合的控制系統(tǒng)中,將PID調(diào)節(jié)器變?yōu)榧儽壤饔?比例度放在較大的數(shù)值上。
② 系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后，通過外界干擾或使PID調(diào)節(jié)器設(shè)定值作一階躍變化，觀察記錄曲線的衰減比。
③ 從大到小改變比例度，直至出現(xiàn)4:1衰減比為止，記下此時(shí)的比例度δs(叫4:1衰減比例度)并從曲線上得出衰減周期Ts(在4∶1曲線中為峰-峰時(shí)間)。對(duì)有些控制對(duì)象，控制過程進(jìn)行較快，難以從記錄曲線上找出衰減比。這時(shí)只要被控量波動(dòng)2次就能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，可近似認(rèn)為是4:1的衰減過程，其波動(dòng)1次時(shí)間為Ts。
④ 得到了衰減比例度Ps和衰減周期Ts后，就可根據(jù)表中的經(jīng)驗(yàn)公式求出PID調(diào)節(jié)器的PID參數(shù)。
4:1衰減曲線法PID參數(shù)整定經(jīng)驗(yàn)公式
⑤比例度放在比計(jì)算值略大的數(shù)值上，逐步引入積分和微分作用。
⑥將比例度降至計(jì)算值上，觀察運(yùn)行，適當(dāng)調(diào)整。
昌暉儀表溫馨提示：4：1衰減曲線法會(huì)導(dǎo)致測量值超過其設(shè)定值并在其附近振蕩幾次，對(duì)于很多過程不允許超調(diào)這種方法。
10：1衰減曲線法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)
在部分調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由于采用4:1衰減比仍嫌振蕩比較厲害，則可采用10：1的衰減過程，如下圖所示。這種情況下由于衰減太快，要測量操作周期比較困難，但可測取從施加干擾開始至第一個(gè)波峰飛升時(shí)間Tr。
10:1衰減曲線法整定調(diào)節(jié)參數(shù)步驟和4:1衰減曲線法完全一致，僅采用的整定參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)公式不同。
10:1衰減曲線法PID參數(shù)整定經(jīng)驗(yàn)公式
衰減曲線法比較簡便,適用于一般情況下的各種參數(shù)的控制系統(tǒng)。但對(duì)于干擾頻繁，記錄曲線不規(guī)則，不斷有小擺動(dòng)時(shí)，由于不易得到正確的衰減比例度δs和衰減周期Ts，使得這種方法難于應(yīng)用。
傳統(tǒng)整定方法關(guān)注克服不可測階躍擾動(dòng)時(shí)的峰值和累積偏差。臨界比例度法和衰減曲線法這種積極但魯棒性不足的整定方法不適合處理實(shí)際問題或?qū)崿F(xiàn)其他控制目標(biāo)。整定結(jié)果存在增益大、積分時(shí)間短的問題，不可避免地在系統(tǒng)中引起振蕩，難以使系統(tǒng)達(dá)到整體性能最佳的控制目標(biāo)，不適合大多數(shù)化工應(yīng)用。最近的Lambda整定方法關(guān)注增加魯棒性、最小化非線性、耦合和振蕩影響并滿足其他過程目標(biāo)：最大化吸收干擾的緩沖罐液位控制，比值控制的回路協(xié)調(diào)和串級(jí)控制中底層回路的設(shè)定值響應(yīng)等。
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