8 控制器参数整定
pid参数的整定过程
pid参数的整定过程
PID（比例-积分-微分）控制器是一种常用的反馈控制器，用于调节和稳定系统。
PID控制器的参数整定过程通常包括以下几个步骤：
1.初始参数设定：根据系统的性质和需求，设置PID控制器的初
始参数。
通常情况下，可以将三个参数（比例增益Kp、积分时
间Ti、微分时间Td）都设为一个较小的初始值。
2.比例增益调整：从零开始逐步增加比例增益Kp的数值，观察
系统响应的变化。
如果Kp过小，系统响应可能过慢；如果Kp
过大，系统可能会出现超调或不稳定的情况。
通过不断调整Kp
的数值，直到找到一个合适的值，使得系统响应快速且稳定。
3.积分时间调整：在找到合适的Kp之后，开始调整积分时间Ti
的数值。
增大Ti会增加积分作用的影响，降低控制器对于持续
偏差的敏感度。
然而，过大的Ti可能导致系统响应的延迟和振
荡。
通过逐步调整Ti的数值，找到一个使系统响应稳定且快速
的值。
4.微分时间调整：在完成比例增益和积分时间的调整后，可以开
始调整微分时间Td的数值。
微分作用可以抑制系统响应中的
过冲和振荡，并提高系统的稳定性。
然而，过大的Td可能会引
入噪声的放大。
通过逐步调整Td的数值，找到一个能够平衡系
统响应速度和稳定性的值。
5.反复迭代：整定PID参数是一个迭代的过程。
一旦完成了上述
步骤，需要对整个系统进行测试和观察，以确定参数的最佳组合。
如果发现系统仍然存在问题，可以根据实际情况再次进行参数调整，直到达到满意的控制效果。
过程控制系统简答题
1．闭环控制系统分为几种类型？每种代表什么含义？答：（1）定值控制系统，就是系统被控量的给定值保持在规定值不变或在小范围附近不变。
（2）程序控制系统，是被控量的给定值按预定的时间程序变化工作。
（3）随动控制系统，是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统。
2.一个单回路控制系统主要由哪几个环节组成？作出简单控制系统的方框图。
答：一个单回路控制系统主要由测量元件、变送器、调节器、调节阀、和被控过程等环节组成。
3.什么是气开式调节阀？什么是气关式调节阀？其选择的原则是什么？答：气开式：执行器输入压力p>0.02mpa时，阀开始打开，也就是说有信号压力时阀打开，无信号压力时阀关。
气关式则反之，有信号压力时阀关，无信号压力时阀开。
原则：主要是考虑在不同工艺条件下安全生产的需要。
a、考虑事故状态时人身、工艺设备安全。
b、考虑事故状态下减少经济损失，保证产品质量。
c、考虑介质的性质。
4.根据流量特性曲线，分别写出其对应的流量特性。
答：流量特性主要有直线、等百分比（对数）、抛物线及快开四种直线特性是指阀门的相对流量与相对开度成直线关系，即单位开度变化引起的流量变化时常数。
对数特性是指单位开度变化引起相对流量变化与该点的相对流量成正比，即调节阀的放大系数是变化的，它随相对流量的增大而增大。
抛物线特性是指单位相对开度的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量值的平方根成正比关系。
快开流量特性是指在开度较小时就有较大的流量，随开度的增大，流量很快就达到最大，此后再增加开度，流量变化很小，故称快开特性。
隔膜阀的流量特性接近快开特性，蝶阀的流量特性接近等百分比特性，闸阀的流量特性为直线特性，球阀的流量特性在中启闭阶段为直线，在中间开度的时候为等百分比特性。
5.什么是积分饱和现象？防止积分饱和的措施都有哪些？所谓积分饱和现象是指若系统存在一个方向的偏差，PID控制器的输出由于积分作用的不断累加而加大，从而导致u(k)达到极限位置。
控制器参数的工程整定方法
控制器参数的工程整定方法1. 控制器参数整定的概述控制器参数的工程整定方法是指在控制系统中，根据系统的性质和要求，对控制器的参数进行调整和优化的过程。
控制器参数的合理整定可以使系统快速响应、稳定运行，并能够在各种工况下保持良好的控制性能。
2. 控制器参数整定的基本原则在对控制器参数进行整定时，需要遵循以下基本原则：2.1 根据系统性质选择合适的控制器类型不同的系统性质适合不同类型的控制器。
常见的控制器类型包括比例(P)控制器、积分(I)控制器和微分(D)控制器，以及它们的组合PID控制器。
根据系统的特性选择合适的控制器类型是整定参数的前提。
2.2 优先保证系统的稳定性控制器参数的整定首要目标是使系统保持稳定运行。
在整定过程中，应当设置适当的控制增益、积分时间和微分时间，使得系统的闭环响应稳定，不出现振荡和不稳定的情况。
2.3 平衡系统的快速响应和抗干扰能力控制器参数的整定需要权衡系统的快速响应和抗干扰能力。
通常情况下，较大的控制增益可以使系统更快地响应，但也容易引起系统振荡；较小的控制增益可以减小振荡的幅度，但也导致系统响应速度变慢。
2.4 考虑系统的鲁棒性控制器参数整定还需要考虑系统的鲁棒性。
系统在面对参数变化、模型误差和外部干扰时能否保持良好的控制性能。
对于具有较大不确定性的系统，需要采取相对较保守的参数整定策略，以提高系统的鲁棒性。
3. 控制器参数整定的方法3.1 经验整定法经验整定法是基于经验和实践得出的一种参数整定方法。
根据不同的系统性质和要求，经验整定法提供了一些启发式的规则和经验公式，可帮助工程师快速获得合适的控制器参数。
经验整定法的优点是简单易用，但适用于特定场景下。
3.2 频域分析法频域分析法是通过对系统进行频率特性分析，采用Bode图等方法来辨识系统模型，进而进行控制器参数整定的方法。
该方法通常需要求取系统的开环传递函数，并通过频率响应曲线分析系统的稳定性、幅频特性和相频特性，进而确定控制器参数。
控制器参数整定的方法
控制器参数整定的方法控制器参数整定是指在控制系统中，通过调整控制器的参数使得系统具备所要求的稳定性、快速性、准确性等特性。
准确地整定控制器参数可以使得控制系统的动态性能最优化，从而提高系统的控制质量和稳定性。
通常来说，控制器参数整定可以从以下几个方面进行考虑：1. 稳定性要求：首先，需要确定系统的稳定性要求，即确定系统的闭环动态特性。
对于稳定性要求较高的系统，应该选择较小的控制器增益和较小的积分时间常数。
而对于容忍一定超调量和调整时间的系统，则可以调整控制器的参数，使得系统的动态特性更快速。
2. 模型准确性：控制器参数整定还要考虑系统的数学模型准确性。
如果系统的数学模型较精确，可以使用基于数学模型的整定方法，例如Ziegler-Nichols方法、极点配置法等。
但是实际系统的数学模型通常是未知的或者存在误差的，因此也可以采用试验法、经验法等基于试验数据的整定方法。
3. 考虑系统的性能指标：根据系统的实际需求，考虑系统的性能指标。
比如对于控制系统来说，通常会考虑超调量、调整时间、稳态误差等指标。
根据不同的性能指标，可以选取不同的参数整定方法。
例如，要求更快速的系统可以增大控制器的增益，降低积分和微分时间常数，来提高系统的响应速度。
4. 频域方法：频域方法是一种通过系统的频率响应来进行参数整定的方法。
这种方法主要基于控制系统的频率特性和频域响应，通过分析系统的相位裕度、增益裕度等性能指标，从而选取合适的控制器参数。
常用的频域方法有根轨迹法、小辛普森法等。
5. 自适应控制：自适应控制是一种能够根据系统实时变化状况调整参数的控制方法。
这种方法能够根据系统的反馈信号和预设目标信号之间的误差来调整控制器的参数，使得系统能够自动适应系统的变化。
自适应控制可以实现参数的在线整定，适用于系统的工作状态发生较大变化的情况。
总结起来，控制器参数整定应综合考虑稳定性要求、模型准确性、系统的性能指标等因素，选择合适的整定方法。
控制器参数设置
控制器参数设置：在机器停止的状态下，按住“设定”键3秒后，进入设置界面。
按“设定”键，切换设置项目；按“+”、“-”键调整参数值；设置完毕后，长安“设定”键，恢复到监控画面，机器恢复正常运行。
三、控制器参数详细说明：1）设定长度1：剪切皮子长度1，运行过程中可以通过手柄的长度切换按钮与设定长度2进行切换（出厂设定为880mm）。
1.1)实际长度：后来添加的一个参数，此参数是调试机器时用的：用剪切长度1（880mm）切几次皮子，按照皮子实际长度的平均值修改此参数，控制文本会根据此值来自动计算辊子周长，从而达到让实际剪切长度等于设定长度的目的。
2、设定长度2：剪切皮子长度2，运行过程中可以通过手柄的长度切换按钮与设定长度1进行切换（出厂设定为660mm）。
3、缓冲长度：从传送带开始减速到停止的距离（实际所切皮子比设定长度大时，可以适当增加该参数，出厂设定为：300mm）。
4、齐头长度：机器在每次运行时，第一刀起头的长度（由光电传感器到铡刀的距离决定,根据实际设定，出厂设定为300mm）。
5、辊子周长：带动编码器辊子的周长（根据实际周长设定，先按设定长度1切一次皮子，然后按“新周长=实际切皮长度/设定长度1*设定周长”公式计算，出厂设定为：300mm）。
6、无料检测长度：光电开关检测不到皮子的长度，及闪窟窿（出厂设定为：300mm）。
7、报警数量：到达张数后，机器停止运行并报警，5秒后继续运行（由参数13设置启用或停用，出厂设定为：40张）。
8、切刀制动时间：切刀开始制动到停止的时间（一般无需调整，出厂设定为：0.05秒）。
9、运行制动时间：传送带从开始制动到停止的时间（继电器打火时可以适当加长，出厂设定为：0.18秒）。
10、切刀下落时间：用时间控制切刀时使用，限位控制切刀时无效（由参数12决定是否有效，出厂设定为：0.5秒）。
11、编码器型号：根据实际编码器型号设定（出厂设定为：400-P/R）。
过程控制系统判断题
过程控制判断题：1.微分时间愈长，微分作用愈弱。
(×)2.微分控制规律的优点是消除余差。
（×）3.比例积分控制规律不能消除余差，原因是未加入微分作用。
（×）4.积分时间越长，表明积分控制作用越强。
（×）5.控制器参数一旦整定好了以后，可以长期保持不变运行。
（×）6.控制器的测量值大于给定值时，若仪表的输出信号减小，则该控制器为正作用。
（×）7.控制器的给定值大于测量值时，若仪表的输出信号增大，则该控制器为正作用。
（×）8.控制器的测量值大于给定值时，若仪表的输出信号增大，则该控制器为反作用。
（×）9.控制器的测量值大于给定值时，若仪表的输出信号增大，则该控制器为正作用。
（√）10.比例控制过程的余差与控制器的比例度成正比。
（√）11.比例控制中，比例度δ越小，控制作用越弱，不会引起振荡。
（×）12.对一次表进行故障检查时，首先要将控制器打到手动操作位置。
（√）13.锅炉汽包双冲量或三冲量液位控制系统，均引入蒸汽流量作为前馈信号，消除虚假液位的影响，提高控制质量。
（√）14.积分时间愈长，积分作用愈弱。
（√）15.微分规律具有“超前”作用，故在任何场合使用微分均有好处。
（×）16.比例控制规律中，比例度越大，比例作用越强。
（×）17.积分规律动作缓慢，容易造成控制不及时，不单独使用。
（√）18.DDZ－Ⅲ型控制器的积分时间TI 的校验，是按闭环状态进行校验。
(×)19.DDZ－Ⅲ型控制器的积分时间TI 的校验，是按开环状态进行校验。
(√)20.DDZ－Ⅲ型控制器的积分时间TI 的校验，把积分时间置于被校验的某刻度上，将微分时间置于最小，即微分的作用最强。
(×)21.DDZ－Ⅲ型控制器的积分时间TI 的校验，把积分时间置于被校验的某刻度上，将微分时间置于最小，即微分的作用最弱，是“关闭”微分作用。
控制器的参数整定
简单控制系统的参数整定:（摘自化学工业出版社《过程控制技术》）表7-1 控制规律选择参考表：表7-2 控制器参数的大致范围：当控制系统已经构成“负反馈”，并且控制器的控制规律也已经正确选定，那么控制系统的品质主要决定于控制器参数的整定值。
即如何确定最合适的比例度δ、积分时间Ti和微分时间Td。
控制器参数的整定方法很多，现介绍几种工程上常用的方法。
1．经验试凑法这是一种在实践中很常用的方法。
具体做法是：在闭环控制系统中，根据被控对象情况，先将控制器参数设在一个常见的范围内，如表7-2所示。
然后施加一定的干扰，以δ、Ti、Td对过程的影响为指导，对δ、Ti、Td逐个整定，直到满意为止，凑试的顺序有两种。
（1）先凑试比例度，直到取得两个完整的波形的过渡过程为止。
然后，把δ稍放大10％到20％，再把积分时间Ti由大到小不断凑试，直到取得满意波形为止。
最后再加微分，进一步提高质量。
在整定中，若观察到曲线振荡频繁，应当加大比例度（目的是减小比例作用）以减小振荡；曲线最大偏差大且趋于非周期时，说明比例控制作用小了，应当加强，即应减小比例度；当曲线偏离设定值，长时间不回复，应减小积分时间；如果曲线总是波动，说明振荡严重，应当加长积分时间以减弱积分作用；如果曲线振荡的频率快，很可能是微分作用强了，应当减小微分时间；如果曲线波动大而且衰减慢，说明微分作用小了，未能抑制住波动，应加长微分时间。
总之，一面看曲线，一面分析和调整，直到满意为止。
（2）是从表7-2中取Ti的某个值。
如果需要微分，则取Td=（1/3～1/4）Ti。
然后对δ进行凑试，也能较快达到要求。
实践证明，在一定范围内适当组合δ与Ti的数值，可以获得相同的衰减比曲线。
也就是说，δ的减小可用增加Ti的办法来补偿，而基本上不影响控制过程的质量。
所以，先确定Ti、Td再确定δ也是可以的。
2．衰减曲线法衰减曲线法比较简单，可分两种方法。
（1）4：1衰减曲线法当系统稳定时，在纯比例作用下，用改变设定值的办法加入阶跃扰动，观察记录曲线的衰减比。
实验三 PID控制器设计及其参数整定---已完成
实验三 PID 控制器设计及其参数整定一、实验目的1) 通过本实验，掌握使用Simulink 仿真设计连续和离散PID 控制器的方法。
2) 掌握对给定控制系统进行PID 控制器参数在线实验工程整定的方法。
二、实验原理PID 控制是最经典、应用最广泛的控制方法，是单回路控制系统主要的控制方法，是其他控制思想的基础。
本实验针对被控对象，选定控制器的调节规律，在控制器的调节规律已经确定的情况下，控制系统的品质主要决定于控制器参数的整定。
1. 连续PID 控制器本实验采用的PID 控制器传递函数为：111()(1)(1)C p d d i i G s K T S T S T S T Sδ=++=++ 或写成：()iC p d K G s K K S S=++ 有,p i d p d iK K K K T T ==其中K p 、K i 、K d 分别为比例系数、积分系数和微分系数；T i 、T d 分别为积分时间常数和微分时间常数；δ为比例度。
控制系统的Simulink 仿真图如图1所示。
连续PID 控制器如图2所示。
根据不同的参数设置，可以得到单纯的比例控制、比例积分控制、比例微分控制以及比例积分微分控制等不同的控制系统。
控制器参数的工程整定实验法，是通过对典型输入响应曲线所得到的特征量，按照动态特性参数法、衰减曲线法、临界比例度法、或经验法中的某一种方法，求得控制器的各个参数，进行工程整定，使系统的性能达到最佳。
图1 控制系统Simulink 仿真图图2 连续PID 控制器Simulink 仿真图2. 离散PID 控制器将描述模拟PID 控制器的微分方程式化为差分方程，即为数字PID 控制算法。
1()(1)()()()kp i di e k e k u k K e k K T e i K T=--=++∑因为上式包含的数字积分项，需要存储过去全部偏差量，而且累加运算编程不太方便，计算量也较大，所以在应用中，通常都是将上式改为增量算法。
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习题8 控制器参数设定
1 简单控制系统各环节的参数如何确定？
2 串级控制系统各环节的参数如何确定？
3 某控制系统中的Pi 控制器采用经验凑试法整定控制器参数，如果发现在扰动情况下 的被控变量记录曲线最大偏差过大，变化很慢且长时间偏离给定值，试问在这种情况下应怎 怎改变比例度与积分时间？
4 某控制器采用DDZ—Ⅲ型控制器，用临界比例法度法整定参数。
已测得k δ=30%、 k T =3min 。
试确定PI 作用和PID 作用的控制器参数。
习题8解答：
1 当控制系统已经构成“负反馈”，并且控制器的控制规律也已经正确选定，那么控制系 统的品质主要决定于控制器参数的整定值。
即如何确定最合适的比例度度δ、积分时间Ti 和
微分时间Td ，控制器参数的整定方法很多，现介绍几种工程上常用的方法。
（1）经验试凑法
这是一种在实践中很常用的方法。
具体做法是：在闭环控制系统中，根据被控对象的情 况，先将控制器参数设在一个常见的范围内。
然后施加一定的扰动，以δ、Ti 、Td 对过程的影响为指导，对δ 、Ti 、Td 逐个整定，直到满意为止。
试凑的顺序有两种。
1) 先试凑比例度，直到取得两个完整的波形的过渡过程为止，然后，把δ稍放大10%到20%，再把Ti 由大到小凑试，直到取得满意的波形，最后再加微分，进一步提高质量。
2）从下表中取Ti 的某个值，如果需要微分，则取Td=（1/3---1/4）Ti ，然后再对δ进行试凑。
实践证明，这些经验数据基本上也能达到满意的效果。
（2）衰减曲线法
衰减曲线法比较简单，也分为两种。
1） 4：1衰减曲线法
2）10：1衰减曲线法
这两种方法都是在系统稳定时在纯比例作用下，用改变设定值的办法加入阶跃扰动，观察曲线的衰减比，然后由大到小改变比例度，直到出现4：1或10：1衰减比为止，记下此时的δ和振荡周期T ，再按经验数据确定PID 的值。
3 临界比例法
当整个闭环系统稳定后，把Ti 放到最大，Td 设为零使系统在纯比例下作用。
然后从小
到大逐渐慢慢改变其比例度δ，直到满意为止。
2 串级控制系统常用的整定方法有如下两种。
I ．两步整定法
按照串级控制系统主、副回路的情况，先整定副控制器，后整定主控制器的方法叫做两 步整定法。
具体做法如下。
（1）在工况稳定，主、副控制器都在纯比例作用运行的条件下，使主控制器的δ=100%逐渐降低副控制器的δ，求取副回路在满足某种衰减比（如4：1）过渡过程下的副控制器的比例度和操作周期，分别记作s 2δ和。
s T 2 （2）在副控制器比例度等于s 2δ的条件下，逐步降低主控制器的比例度，求取同样衰减比下的控制过程，记下此时主控制器的比例度s 1δ和操作周期。
s T 1 (3)根据上面求出的s 1δ 、 、s T 1s 2δ 、按经验公式计算主、副控制器的比 s T 2例度、积分时间和微分时间。
1 应减小比例度和积分时间。
2 在采用PI 控制时其比例度δ=2.2k δ=66%
积分时间Ti=0. 85=2.55min
k T 在采用PID 控制器时，其比例度δ=1.7k δ=51%
积分时间Ti=0.5=1.5min
k T 微分时间Td-=0.125 =0.375min
k T 由计算中可以看出，在采用PID 控制器时，由于加了微分作用，提高了系统的稳定性，所以在保证系统具有相同稳定性的情况下，PID 控制器的比例度、积分时间都比PI 控制器的δ、Ti 有所减小。