数字调节器参数整定技能

2017/6/14 2:17:18 人评论 次浏览 分类:过程控制  文章地址://www.e-cumulus.com/tech/1423.html

对于算法先进的数字PID控制系统,仍然需要进行参数整定工作,因为控制质量的好坏,与调节器参数整定的工作密切相关。

数字调节器的参数整定大多是按模拟调节器的PID参数整定方法来选择数字P1D参数,然后再做适当的调整,并适当考虑采样周期对参数整定的影响。因此,模拟调节器PID参数整定方法,对数字调节器也是适用的。即模拟调节器的参数整定方法也可应用于数字调节器上。但由于数字PID控制是用软件来实现的,故两者还是略有差别的。

在整定PID参数前,先要明白各参数增减对输出变化的影响。增大比例增益将加快系统的响应,有利于减小静差,但比例增益过大又会使系统有较大的超调而振荡。增加积分时间将减少积分作用,有利于减少超调使系统稳定,但系统消除余差的速度会变慢。增加微分时间有利于加快系统的响应,可使超调减小,使稳定性增加,但带来的问题是抗干扰能力减弱。数字调节器的参数整定常用的方法介绍如下。

1、临界比例度参数整定法
该法常用于有自衡的被控对象。整定时先把调节器的积分、微分作用关闭了,使之成为纯比例调节器,然后改变比例增益,使被控系统对阶跃输入响应达临界振荡状态,此时的临界比例增益记为Kr,临界周期为Tr,则数字调节器的参数可按下表进行选择。

临界比例度整定法PID参数选择表


控制作用                            Kp                               Ti                           Td
P                                       0.5Kr                            ---                         --- 
PI                                      0.45Kr                         0.85Tr                    ---
PID                                    0.6Kr                          0.5Tr                       0.12Tr


2、经验法参数整定及技巧
①经验法PID参数的选择
经验法是应用最广泛的一种方法。它是根据经验和控制过程的曲线形状,直接在控制系统中,逐步地反复地凑试,最后得到调节器的合适参数。整定时应采取先比例,后积分,再微分的步骤。下所列的参数提供了基本的凑试范围。

验整定法PID参数选择表


控制系统                           Kp                                Ti/min                    Td/min


温度                                 1.6-5                             3-10                       0.5-3
压力                                 1.4-3.5                          0.4-3                       ---
流量                                 1-2.5                             0.1-1                       ---
液位                                 1.25-2.5



②经验法参数整定技巧
在对DCS的控制回路PID参数进行整定时,要结合被控对象的特性,合理选择控制回路的各个参数,以取得最佳的控制效果。现对用经验法进行DCS的PID参数整定的具体操作做一介绍:
a、根据系统各个控制回路的参数,按照上表把P、1、D参数设定在凑试范围内。
b、整定过程就是看曲线调参数,整定前应将相关的参数,测量值PV、设定值SV、输出值MV的实时曲线放在同一趋势画面中,用来进行参数整定和监视曲线变化过程。每个控制回路做一幅与之相关的实时趋势图,时间范围可调整在20min左右,并把其量程设置为较小的数值,以方便查看趋势变化,利于判断PID参数整定的好坏。
c、整定时通过趋势图,如被控参数值、给定值、阀位输出值,及与此相关的温度、压力、流量等参数值,来观察判断PID参数的整定效果。
d、整定时如果测量值偏离设定值较大且波动大,首先要看生产工况是否稳定,待工况稳定后进行整定。可根据测量值、设定值、阀位输出等曲线,来判断PID参数是否合适。以下规律可供参考,如被控参数在设定值曲线上下波动,呈发散状,阀位输出曲线波动大等,说明P值过小应加大。被控参数为收敛状,但恢复较慢,或者阀位曲线为锯齿状,说明I值过小应加大。如果流量曲线变化很快,温度曲线变化很慢,说明D值过小应加大。
e、在对某些液位、压力等参数整定时,有时由于PID参数不合适,或者调节阀口径过大过小,可能会出现调节阀全关、全开状态;因此,在进行整定时,应对控制回路的输出阀位上、下限进行限制,使其在一定工作范围内,使调节阀不出现全关或全开状态。因为有的生产场合是不允许出现上述现象的。

③经验法串级控制系统的PID参数整定
串级控制系统要求控制参数、被控参数在干扰作用下,变化都是缓慢而均匀的。可采用逐步逼近法进行整定。由于主回路起主控作用,要求无余差,主回路可先用PI控制;副回路属随动控制,为保证其快速的特点,一般采用P作用就行了,也可引入微弱的I作用,通常副回路是不使用D作用的。可先把主、副调节器的P设为同一数值,再从弱到强的进行调整,按照“先副后主”、“先比例后积分再微分”的原则,使控制过程为缓慢的非周期衰减的振荡过程。

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