PID 參數(shù)整定方法及分析

李俊卿 許新軍

（河南煤化集團(tuán)煤氣化公司 義馬氣化廠電儀分廠，河南 義馬 472300）

化工生產(chǎn)過(guò)程，往往是在密閉的容器和設(shè)備中，多屬于高溫高壓。此外，不少介質(zhì)還具直接傷害人體的化學(xué)性質(zhì)。為了響應(yīng)“以人為本”的號(hào)召，使化工生產(chǎn)正常地、高效地進(jìn)行，就必須把各項(xiàng)工藝參數(shù)維持在某一最佳范圍之內(nèi)，并盡量使生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化， 這些都依賴于控制回路的自動(dòng)化控制。 以emerson deltav 系統(tǒng)為例討論P(yáng)ID 參數(shù)整定方法。

（1）修改PID 參數(shù)需administrator 權(quán)限，普通操作員沒有修改權(quán)限。

（2） 點(diǎn)擊要修改MOUDLE 的Detail 選型， 里面有如下參數(shù)，gain、reset、rate，分別對(duì)應(yīng)PID 參數(shù)中的P、I、D。

（3）PID 參數(shù)代表的含義。gain：標(biāo)稱比例（乘法器）增益值，默認(rèn)值為0.5；reset：積分動(dòng)作時(shí)間常數(shù)，默認(rèn)值為10，單位為秒，0.0 代表沒有積分作用；rate：微分作用時(shí)間常數(shù)時(shí)間，默認(rèn)值為0，單位為秒，0.0 代表沒有微分作用。

1 PID 參數(shù)的作用

增大比例增益，將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，一出現(xiàn)偏差，調(diào)節(jié)器立即將偏差放大輸出， 但比例過(guò)大會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生大的超調(diào)，產(chǎn)生振蕩，穩(wěn)定性變差；增大積分，有利于減小超調(diào)，使振蕩變小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，但消除靜差時(shí)間變長(zhǎng)；增大微分，有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，但抑制擾動(dòng)的能力消弱。

2 PID 調(diào)節(jié)的作用

當(dāng)PV＞SP 時(shí),PID 輸出需變大時(shí)就選正作用，當(dāng)PV＞SP 時(shí)，PID 輸出需變小時(shí)就選反作用。 在DELTAV 系統(tǒng)中正反作用的選擇為PID_CONTROL_OPTS 中的Direct Acting 打√為正作用，不打√即為反作用。

3 控制規(guī)律的選擇

純比例控制：適用于控制通道滯后較小，負(fù)荷變化不大，允許被控變量可在一定范圍內(nèi)變化；比例積分控制：適用于滯后較小，負(fù)荷變化不大，被控量不允許有余差的控制系統(tǒng)；比例積分微分控制：適用于負(fù)荷變化大，容量滯后較大，控制質(zhì)量要求又高的系統(tǒng)，如化工生產(chǎn)中的溫度控制系統(tǒng)。

4 PID 參數(shù)整定的方法

理論計(jì)算整定法和工程整定方法。 工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。 但是在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)驗(yàn)試湊法最為實(shí)用。 在整定參數(shù)時(shí)，認(rèn)真觀察系統(tǒng)響應(yīng)情況，根據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)情況來(lái)調(diào)整參數(shù)。通過(guò)查看PV 值的趨勢(shì)曲線，使衰減曲線最好是4∶1，即前一個(gè)峰值與后一個(gè)峰值的比值為4∶1 為最好。

經(jīng)驗(yàn)值：即憑借以往的工作經(jīng)驗(yàn)，如對(duì)設(shè)備的了解，對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成及運(yùn)行特征的了解，對(duì)過(guò)去使用參數(shù)的了解初步給出一組PID 參數(shù)， 或者可以在控制系統(tǒng)默認(rèn)PID 參數(shù)的基礎(chǔ)上，把調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入自動(dòng)，分析研究調(diào)節(jié)過(guò)程曲線，修改PID 參數(shù)，再如此反復(fù)，直至找出一組合適的PID 參數(shù)為止。 前提是要有經(jīng)驗(yàn)和耐心，不要機(jī)械的照搬過(guò)去調(diào)節(jié)系統(tǒng)的PID 參數(shù)，要考慮到變送器的范圍選型， 控制設(shè)備的種類特征，DCS 系統(tǒng)的特點(diǎn)等等多項(xiàng)因素，然后再去進(jìn)行試驗(yàn)，但是不管怎樣整定，在整定時(shí)都不能讓系統(tǒng)出現(xiàn)發(fā)散振蕩，一旦出現(xiàn)發(fā)散振蕩，必須立即切為手動(dòng)，等系統(tǒng)穩(wěn)定后減小比例、增大積分時(shí)間或減小微分時(shí)間，重新切自動(dòng)控制。

PID 參數(shù)湊試法的步驟：（1）對(duì)純比例控制器，將比例先設(shè)置較小的數(shù)值，然后逐漸增大，觀察PV 值的過(guò)渡過(guò)程曲線，直到曲線滿意為止；（2）對(duì)比例積分控制器，先置積分時(shí)間為0，按純比例作用整定比例使之盡量達(dá)到4∶1 衰減曲線； 然后將比例縮?。?0～20%），將積分時(shí)間由大到小逐步加入，直到獲得4∶1衰減過(guò)程；（3）對(duì)PID 控制器，先置微分時(shí)間為0；按PI 作用湊試程序整定比例和積分參數(shù)，然后將比例增大到比原值大（10～20%）位置，積分時(shí)間也適當(dāng)減小之后，再把微分由小到大逐步加入，觀察變化曲線，直到獲得滿意的過(guò)渡過(guò)程。

在PID 參數(shù)的整定過(guò)程中， 也可以參考系統(tǒng)中同類控制變量，比如同為液位控制，可以參考在系統(tǒng)中自動(dòng)投用比較好的控制回路中的PID 參數(shù)，根據(jù)具體情況適當(dāng)修正。

串極控制回路整定： 串極控制回路的整定一般采取兩步法，即先整定副回路，待副回路相對(duì)穩(wěn)定后再整定主回路；對(duì)副回路的整定要求響應(yīng)速度快，且調(diào)節(jié)穩(wěn)定，在此基礎(chǔ)上整定主回路參數(shù)。 如果在整定過(guò)程中出現(xiàn)“共振”，只需同時(shí)減小主、副控制器的比例度就可以消除，如共振過(guò)于劇烈，可先切換到手動(dòng)，待被控量穩(wěn)定后，重新投自動(dòng)整定。

5 注意事項(xiàng)

PID 參數(shù)整定前要首先要檢查現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表和執(zhí)行元件，保證現(xiàn)場(chǎng)儀表是正常顯示和可靠的，且手動(dòng)控制狀態(tài)下測(cè)量參數(shù)應(yīng)該能穩(wěn)定控制在某個(gè)需要的參數(shù)上的；按經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定比例參數(shù)，暫時(shí)關(guān)掉積分調(diào)節(jié)，注意PID 的正反作用一定要正確；在整定參數(shù)時(shí)要一定要保證工藝穩(wěn)定，當(dāng)影響到產(chǎn)品質(zhì)量和工藝參數(shù)時(shí)要立即切到手動(dòng)控制，待工藝生產(chǎn)穩(wěn)定后再投自動(dòng)整定PID 參數(shù)；如果是串級(jí)、比例控制回路，要一個(gè)回路一個(gè)回路的整定，還要注意先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的原則；在手動(dòng)切到自動(dòng)的時(shí)候，要保證SP 與PV 值一致，以達(dá)到無(wú)擾切換，一般在PID 參數(shù)選項(xiàng)中均應(yīng)選擇在手動(dòng)模式時(shí)SP 跟蹤PV，DELTAV 中為Track in manual。

6 結(jié)語(yǔ)

衡量自動(dòng)化生產(chǎn)中一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的好壞就是看能否達(dá)到靈、準(zhǔn)、穩(wěn)的控制目標(biāo)。 然而,一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)整體，它包含有系統(tǒng)設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)儀表的調(diào)校，調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)選型、線性特性等，PID 調(diào)節(jié)參數(shù)的整定只能在一定范圍內(nèi)改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì),如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不達(dá)標(biāo),僅靠改變調(diào)節(jié)器參數(shù)也無(wú)濟(jì)于事。 有時(shí)不同的PID 參數(shù)均能滿足工藝控制參數(shù)的控制要求，但是對(duì)整個(gè)控制回路輸出響應(yīng)及調(diào)節(jié)頻度幅度變化較大，這時(shí)就必須認(rèn)真考慮選擇合適的參數(shù)以達(dá)到調(diào)節(jié)對(duì)象穩(wěn)定、系統(tǒng)節(jié)能、盡量減少閥門頻繁大幅度開關(guān)，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

[1]王森，晁禹，艾紅.儀表工試題集.控制儀表分冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社

[2]《工業(yè)過(guò)程控制工程》.化學(xué)工業(yè)出版社