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昌晖仪表谈衰减曲线法整定PID参数

2017/6/26 0:00:27 分类:过程控制 
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衰减曲线法也是常用PID参数整定方法之一,昌晖仪表分享用衰减曲线法整定PID参数的基本计算方法、口诀和参数整定步骤,方便仪表工在整定调节器PID参数时使用。

1、过渡过程的衰减曲线
本方法实际是临界比例度法一种变形,本方法操作简便,凑试时间较短。我们知道控制系统在用纯比例作用时,在比例度逐步减少的过程中,就会出现图1所示的过渡过程。
给定值阶跃变化下的过渡过程衰减曲线
图1 给定值阶跃变化下的过渡过程衰减曲线

这时控制过程的比例度,称为n:1衰减比例度δs,两个波峰之间的距离,称为n:1衰减周期Ts。衰减曲线法,就是在纯比例作用的控制系统中,求得衰减比例度s和衰减周期Ts,并依据这两个数据来计算出调节器的参数s、Ti和Td。

2、衰减曲线法整定口诀
衰减整定好处多,操作安全又迅速
纯P降低比例度,找到衰减4:1;
按照公式来计算,PID序加参数;
观看运行细调整,直到找出最佳值。

3、衰减曲线法整定步骤
①先把积分时间放至最大,微分时间放至零,使控制系统运行,比例度放至较大的适当值,“纯P降低比例度”,就是使控制系统按纯比例作用的方式投入运行。然后慢慢地减少比例度,观察调节器的输出及控制过程的波动情况,直到找出4:1的衰减过程为止。这一过程就是“找到衰减4:1”。
②对有些控制对象,用4:1的衰减比感觉振荡过强时,这时可采用10:1的衰减比。但这时要测量衰减周期是很困难的,可采取测量第一个波峰的上升时间Tτ,其操作步骤同上。
③根据衰减比例度s和衰减周期Ts、Tτ按表1进行计算,求出各参数值。

表1  衰减曲线法调节器参数计算表

控制品质要求       控制规律         δ/%           Ti/min        Td/min

衰减比为4:1         P                    δs
衰减比为4:1         PI                   1.2δs          0.5Ti
衰减比为4:1         PID                0.8δs           0.3Ti           0.1Td

衰减比为10:1       P                    δ's
衰减比为10:1       PI                   1.2δ's          2Tτ
衰减比为10:1       PID                 0.8δ's         0.3Tτ          0.1Tτ

④先将比例度放在一个比计算值大的数值上,然后加上积分时间Ti,再慢慢加上微分时间Td。操作时一定要按“PID序加参数”,即先P次I最后D,不要破坏了这个次序。
⑤把比例度降到计算值上,通过观察曲线,再作适当的调整各参数。即“观看运行细调整”,直到找出最佳值。

4、注意事项
①要得到衰减的过渡过程,只有在系统平稳时,再加给定干扰,才有可能找出n:1的衰减过渡过程。否则,可能会有外界干扰,而影响到比例度和衰减周期数值的正确性。
②是加正干扰还是加负干扰,最好与工艺联系来商定,因为是要根据工艺生产条件来确定的。给定干扰的幅值,通常是取满量程的2%-3%,在工艺允许的情况下,可以适当的大一些。
③本方法对于变化较快的压力、流量、小容量的液位控制系统,在曲线上读出衰减比有一定难度。由于工艺负荷的变化,也会影响到本法的整定结果,因此,在负荷变化比较大的时候,就需要重新整定。

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自动调节系统解析与PID整定

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