（已结贴）2011-08-11-工控擂台-PID参数自整定需要什么条件？ 点击：1889 | 回复：16
PID参数自整定需要什么条件？
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近年来出现各种智能型数字显示调节仪，一般都具有PID参数自整定功能。仪表初次使用时，可自整定确定系统最佳P、I、D调节参数，实现理想调节控制。自整定启动前，系统不同设定值下整定参数值不完全相同，应先将仪表设定值设置要控制数值（水电站或是中间值）上。启动自整定后，仪表强制系统产生扰动，2~3个振荡周期后结束自整定状态。仪表检测系统从超调恢复到稳态（测量值与设定值一致）过度特性，分析振荡周期、幅度及波形来计算仪表最佳调节参数。理想调节效果是，设定值应与测量值保持一致，可从动态（设定值变化或扰动）合稳态（设定值固定）两个方面来评价系统调节品质，PID参数自整定，能够满足大多数系统。不同系统惯性不同，自整定时间有所不同，从几分钟到几小时不等。
某单位有一台DYJ-36-2型油加热器。该油加热器是由加热炉体、载体传输通道、膨胀系统及电控装置构成，与用热设备组成了一个循环加热系统。热载体（导热油）炉体内被电热管加热后，用热油泵管路传送到用热设备，放热后再次回到炉体内升温，实现连续循环过程。控制油温调节仪表时日本SHIMADEN（岛电）公司SR73型PID自整定温控仪。温度控制系统为闭环负反馈系统。由热电偶检测油温信号对应mV信号，传送至调节仪信号输入端，调节仪输出DC15V、20mV高电平信号，传送至SSR固态继电器，驱动晶闸管过零触发开关电路，改变固定期内输出占空比，控制电热器输出功率。
系统投入运行前，对调节仪进行PID参数自整定工作。首先把它设定值（SV）调至工艺常用温度90℃。仪表提供了一组PID参数：
比例带 P=0.1%~999.9%
积分时间 I=1~6000s
微分时间 D=0~3600s
再进入功能彩旦，把P、I、D参数分别按经验值设定为：
P=3.0；
I=120；
D=30；
超调抑制系数 SF=0.4。
完成上述基本参数设置，且系统构成闭环，即仪表输入与传感器、输出元件与负载连接完毕通电后，进入功能菜单启动自整定（AT）。此时AT指示灯闪烁，接近设定值90℃时，仪表OUT指示灯时亮时灭，表示晶闸管时断时通，已进入精确温控阶段。自整定结束后，AT灯灭。此时，可以调处功能菜单查看系统自整定后PID参数值，分别为P=0.6，I=278，D=69，SF=0.4，自整定时间为18min。自整定后，系统工作相当稳定。精度为0.5级数显仪显示温度始终为90℃，调节效果相当令人满意。为比较参数及自整定时间不同，我们把仪表设定值设定为45℃，这次自整定时间为11min。自整定后参数分别为：
P=0.8；
I=558；
D=139；
SF=0.4。
自整定后，数显仪显示温度始终为45℃，调节效果同样令人满意。
九、常规PID参数设置指南
启动PID参数自整定程序，可自动计算PID参数，自整定成功率95%，少数自整定不成功系统可按以下方法调PID参数。
P参数设置
如不能肯定比例调节系数P应为多少，请把P参数先设置大些（如30%），以避免开机出现超调和振荡，运行后视响应情况再逐步调小，以加强比例作用效果，提高系统响应快速性，以既能快速响应，又不出现超调或振荡为最佳。
I参数设置
如不能肯定积分时间参数I应为多少，请先把I参数设置大些（如1800秒），(I＞3600时，积分作用去除)系统投运后先把P参数调好，尔后再把I参数逐步往小调，观察系统响应，以系统能快速消除静差进入稳态，而不出现超调振荡为最佳。
D参数设置
如不能肯定微分时间参数D应为多少，请先把D参数设置为O，即去除微分作用，系统投运后先调好P参数和I参数，P、I确定后,再逐步增加D参数,加微分作用，以改善系统响应快速性，以系统不出现振荡为最佳，（多数系统可不加微分作用
PID参数的含义: 比例系数P：增大比例系数P一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。积分时间Ti：增大积分时间Ti有利于减小超调，减小振荡，使系统的稳定性增加，但是系统静差消除时间变长。微分时间Td：增大微分时间Td有利于加快系统的响应速度，使系统超调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱。PID参数自整定中，均以典型二阶系统数学模型居多，其典型响应曲线如图1所示，温度偏差 ，偏差变化率 ，现分段分析PID控制算法中各个参数的整定原则。
图1 典型二阶系统的响应曲线
PID参数整定：
1.在凑试时，可参考参数对系统控制过程的影响趋势，对参数调整实行先比例、后积分，再微分的整定步骤。
2.首先整定比例部分。将比例参数由小变大，并观察相应的系统响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线；也可以考虑调整到开始振荡； 3.如果系统没有静差或静差已经小到允许范围内，并且对响应曲线已经满意，则只需要比例调节器即可。
4.如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则必须加入积分环节。在整定时先将积分时间设定到一个比较大的值，然后将已经调节好的比例系数略为缩小(一般缩小为原值的0.8)，然后减小积分时间，使得系统在保持良好动态性能的情况下，静差得到消除。在此过程中，可根据系统的响应曲线的好坏反复改变比例系数和积分时间，以期得到满意的控制过程和整定参数。
5.如果在上述调整过程中对系统的动态过程反复调整还不能得到满意的结果，则可以加入微分环节。首先把微分时间D设置为0，在上述基础上逐渐增加微分时间，同时相应的改变比例系数和积分时间，逐步凑试，直至得到满意的调节效果。
6.一般采用微分时间等于积分时间除以4的方法估算微分时间。
PID控制中一个至关重要的问题，就是控制器三参数(比例系数、积分时间、微分时间)的整定。整定的好坏不但会影响到控制质量，而且还会影响到控制器的鲁棒性。此外，现代工业控制系统中存在着名目繁多的不确定性，这些不确定性能造成模型参数变化甚至模型结构突变，使得原整定参数无法保证系统继续良好的工作，这时就要求PID控制器具有在线修正参数的功能，这是自从使用PID控制以来人们始终关注的重要问题之一。
具有自动整定功能的控制器，能通过一按键就由控制器自身来完成控制参数的整定，不需要人工干预，它既可用于简单系统投运，也可用于复杂系统预整定。运用自动整定的方法与人工整定法相比，无论是在时间节省方面还是在整定精度上都得以大幅度提高。
1) 首先确定要进行自整定的位置式PID指令（P_PID）的LOOP号，并在此指令的输入和输出端填写合适的寄存器和常数，其中PB、TI和TD值需要填写寄存器，不能填写常数；
2) 确保调节回路已经连接正确并使能PID运行，此时可以根据相应的LOOP号将SMW320的相应位置为1，0~7号PID分别对应SMW320的0~7位，表示对应的PID自整定使能,例如LOOP=3，则SMW320应设置为0x08，同时将SMW321设置为0x08，表示整定完毕后自动使用整定完毕的PID参数,SMW321的0~7位表示相应的LOOP号PID使用自整定PID参数；
3) 此时PID会开始根据设定参数开始自整定，根据控制对象的特性整定时间不同。
4) 整定完毕后SMW320会自动清掉相应的自整定使能位，下次自整定必须再次置SMW320的相应位。
5) 整定完的参数保存在SM区中，具体信息可参看以下SM区说明。如果想修正自整定完毕的参数，可直接在SM区相应位置修改，修改完毕的数据会自动保存。
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PID参数自整定口诀：
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。
曲线漂浮绕大弯， 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。
曲线振荡频率快， 先把微分降下来。
动差大来波动慢， 微分时间应加长。
理想曲线两个波， 前高后低四比一。
一看二调多分析， 调节质量不会低。
PID参数自整定需要什么条件？
1、被控对象（也叫被调量）：
包括压力、温度、水位、流量、浓度、功率、转速、电压、电流、含量、位移、方向、比例等等。电厂常用的是压力、温度、水位、转速、功率。
2、调节器：
最初是单回路，后来发展到串级调节系统。现在一般课本上把串级调节系统也叫做双回路。副调叫做内回路，主调叫做外回路，合称双回路。
3、执行机构：
执行机构应该包括执行器和阀门两大部分。他的分类很多：
从改变位移或者角度的方面来说，包括执行器，伺服阀，电磁阀等。与之对应的被控设备有阀门，调速汽门，给粉机和下料装置等从改变电量的方面来说，包括继电器，变频器，固态继电器，双向可控硅，广义还包括电炉丝等。
从控制方式来说，包括：控制开度、转速、可控硅导通角、PMW（占空比）、位移、速度、力矩、通断等等。
随着微电路技术的发展现在很多控制仪表都具有了自整定功能，在DCS、PLC中也有自整定功能，但由于工艺操作的复杂和危险性在工艺正常生产中不允许使用自整定功能，这样的情况下要修改P、I、D参数基本上都是使用手动整定，在工艺允许的情况下最大限度的减少整定时间，尽量的减少对工艺生产的影响。其方法大部分是在原有数据的基础上做一些微调，切忌不可引起工艺参数大幅度波动。整定时最好是在工艺流程较稳定后投入自动控制小范围修改PID参数进行曲线跟踪和分析，然后在进一步调整，逐渐使控制质量提高。
自整定功能使用大部分是在工程完工开车前调试阶段，因为大量的控制回路需要PID参数修订，一个个的手工整定无法完成，可以使用系统的自整定功能，因为在调试时其基本上是用水或者其他介质对工艺影响不大，即使有问题也能快速的取消自整定功能。自整定完成的系统在以后使用中如果控制质量不理想，最好使用手工整定，对其进行PID参数的进一步优化。
我单位有一台DYJ-36-2型油加热器。该油加热器是由加热炉体、载体传输通道、膨胀系统及电控装置构成，与用热设备组成了一个循环加热系统。热载体（导热油）在炉体内被电热管加热后，用热油泵通过管路传送到用热设备，放热后再次回到炉体内升温，实现连续循环过程。控制油温的调节仪表时日本SHIMADEN（岛电）公司的SR73型PID自整定温控仪。温度控制系统为闭环负反馈系统。由热电偶检测的油温信号对应的mV信号，传送至调节仪的信号输入端，调节仪输出DC15V、20mV的高电平信号，传送至SSR固态继电器，驱动晶闸管过零触发开关电路，改变固定期内的输出占空比，从而控制电热器的输出功率。
在系统投入运行前，我们对调节仪进行PID参数的自整定工作。首先把它的设定值（SV）调至工艺常用温度90℃。仪表提供了一组PID参数：
比例带 P=0.1%~999.9%
积分时间 I=1~6000s
微分时间 D=0~3600s
再进入功能彩旦，把P、I、D参数分别按经验值设定为：
P=3.0；I=120；D=30；超调抑制系数 SF=0.4。
完成上述基本参数设置，且系统构成闭环，即仪表输入与传感器、输出元件与负载连接完毕通电后，进入功能菜单启动自整定（AT）。此时AT指示灯在闪烁，在接近设定值90℃时，仪表的OUT指示灯时亮时灭，表示晶闸管时断时通，已进入精确温控阶段。自整定结束后，AT灯灭。此时，可以调处功能菜单查看系统自整定后的PID参数值，分别为P=0.6，I=278，D=69，SF=0.4，自整定时间为18min。经过自整定后，系统工作相当稳定。精度为0.5级的数显仪的显示温度始终为90℃，调节效果相当令人满意。为比较参数及自整定时间的不同，我们把仪表的设定值设定为45℃，这次自整定的时间为11min。自整定后参数分别为：
P=0.8；I=558；D=139；SF=0.4。
PID控制中一个至关重要的问题，就是控制器三参数(比例系数、积分时间、微分时间)的整定。整定的好坏不但会影响到控制质量，而且还会影响到控制器的鲁棒性。此外，现代工业控制系统中存在着名目繁多的不确定性，这些不确定性能造成模型参数变化甚至模型结构突变，使得原整定参数无法保证系统继续良好的工作，这时就要求PID控制器具有在线修正参数的功能，这是自从使用PID控制以来人们始终关注的重要问题之一。
PID参数自整定概念及条件：
PID参数自整定概念中应包括参数自动整定(auto-tuning)和参数在线自校正(self tuning on-line)。
具有自动整定功能的控制器，能通过一按键就由控制器自身来完成控制参数的整定，不需要人工干预，它既可用于简单系统投运，也可用于复杂系统预整定。运用自动整定的方法与人工整定法相比，无论是在时间节省方面还是在整定精度上都得以大幅度提高，这同时也就增进了经济效益。目前，自动整定技术在国外已被许多控制产品所采用，如Leeds&Northrop的Electromax V、SattControlr的ECA40等等，对其研究的文章则更多。
自校正控制则为解决控制器参数的在线实时校正提供了很有吸引力的技术方案。自校正的基本观点是力争在系统全部运行期间保持优良的控制性能，使控制器能够根据运行环境的变化，适时地改变其自身的参数整定值，以求达到预期的正常闭环运行，并有效地提高系统的鲁棒性。
早在20世纪70年代，Astrom等人首先提出了自校正调节器，以周期性地辨识过程模型参数为基础，并和以最小方差为控制性能指标的控制律结合起来，在每一采样周期内根据被控过程特性的变化，自动计算出一组新的控制器参数。20世纪80年代，Foxboro公司发表了它的EXACT自校正控制器，使用模式识别技术了解被控过程特性的变化，然后使用专家系统方法去确定适当的控制器参数。这是一种基于启发式规则推理的自校正技术。20世纪90年代，神经网络的概念开始应用于自校正领域。
具有自动整定功能和具有在线自校正功能的控制器被统称为自整定控制器。一般而言，如果过程的动态特性是固定的，则可以选用固定参数的控制器，控制器参数的整定由自动整定完成。对动态特性时变的过程，控制器的参数应具有在线自校正的能力，以补偿过程时变。
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