仪控君带你读懂PID整定口诀!
发布时间2019-09-02 浏览次数：353
参数整定找zui佳，从小到大顺序查
先是比例后积分，zui后再把微分加
曲线振荡很频繁，比例度盘要放大
曲线漂浮绕大湾，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4比1
一看二调多分析，调节质量不会低。
大家读着上面的口诀是不是很熟悉?!没错，这就是网上在流传的PID参数整定口诀!至于它是什么时候开始在网上流传的，不太清楚。
再看下面一段：
参数整定寻zui佳，从大到小顺次查。
先是比例后积分，zui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。
理想曲线两个波，调节过程高质量。
这是一用经验法进行PID参数工程整定的口诀，该口诀流传至今已有几十年了！其zui早出现在1973年11月出版的《化工自动化》一书中。现在网上流传的口诀，看来大多是以该口诀作为蓝本进行了补充和改编而来的。如:“ 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。”还有的加了:“ 理想曲线两个波，前高后低4比1，一看二调多分析，调节质量不会低。”等等。
那位高工说了，你开场给我整两篇口诀干嘛使？今天咱要聊的，就是结合这两口诀，进行一些浅析。
控制系统在设计、整定和运行中，衡量系统质量的依据就是系统的过渡过程。当系统的输入为阶跃变化时，系统的过渡过程表现有:发散振荡、等幅振荡、衰减振荡、单调过程等形式。在多数情况下，我们都希望得到衰减振荡的过渡过程，且认为如图1所示的过渡过程zui好，并把它作为衡量控制系统质量的依据。
选用该曲线作为控制系统质量指标的理由是:它di一次回复到给定值较快，以后虽然又偏离了，但偏离不大，并且只有少数几次振荡就稳定下来了。定量的看，di一个波峰B的高度是第二个波峰B'高度的4倍，所以这种曲线又叫做4:1衰减曲线。在调节器工程整定时，以能得到4:1的衰减过渡过程为zui好，这时的调节器参数可叫zui佳参数。
先谈谈口诀“参数整定寻zui佳，从大到小顺次查。”中的zui佳参数问题，很多仪表工都有这样的体会，在现场的调节器工程参数整定中，如果只按4:1衰减比进行整定，那么可以有很多对的比例度和积分时间同样能满足4:1的衰减比，但是这些对的数值并不是任意的组合，而是成对的，一定的比例度必须与一定的积分时间组成一对，才能满足衰减比的条件，改变其中之一，另一个也要随之改变。因为是成对出现的，所以才有调节器参数的“匹配”问题。而dlr在实际应用中只有增加一个附加条件，才能从多对数值中选出一对适合的值。这一对适合的值通常称为“zui佳整定值”。
“从大到小顺次查”中“查”的意思就是找到调节器参数的zui佳匹配值。而“从大到小顺次查”是说在具体操作时，先把比例度、积分时间放至zui大位置，把微分时间调至零。因为我们需要的是衰减振荡的过渡过程，并避免出现其它的振荡过程，在整定初期，把比例度放至zui大位置，目的是减小调节器的放大倍数。而积分放至zui大位置，目的是先把积分作用取消。把微分时间调至零也是把微分作用取消了。“从大到小……”就是从大到小改变比例度或积分时间刻度，实质是慢慢的增加比例作用或积分作用的放大倍数。也就是慢慢的增加比例或积分作用的影响，避免系统出现大的振荡。zui后再根据系统实际情况决定是否使用微分作用。
“先是比例后积分，zui后再把微分加。”是经验法的整定步骤。比例作用是zui基本的调节作用，口诀说的:“先是比例后积分”，目的是简化调节器的参数整定，即先把积分作用取消和弱化，待系统较稳定后再投运积分作用。尤其是新安装的控制系统，对系统特性不了解时，我们要做的就是先把积分作用取消，待调整好比例度，使控制系统大致稳定以后，再加入积分作用。对于比例控制系统，如果规定4:1的衰减过渡过程，则只有一个比例度能满足这一规定，而其它的任何比例度都不可能使过渡过程的衰减比为4:1。因此，对比例控制系统只要找到能满足4:1衰减比时的比例度就行了。
在调好比例控制的基础上再加入积分作用，但积分会降低过渡过程的衰减比，则系统的稳定程度也会降低。为了保持系统的稳定程度，可增大调节器的比例度，即减小调节器的放大倍数。这就是我们在整定中投入积分作用后，要把比例度增大约20%的原因。其实质就是个比例度和积分时间数值的匹配问题，在一定范围内比例度的减小，是可以用增加积分时间的方法来补偿的，但也要看到比例作用和积分作用是互为影响的，如果设置的比例度过大时，即便积分时间恰当，系统控制效果仍然会不佳。
在有的场合，也可不强求以上步骤，而是采取按表-1的经验整定法PID参数凑试范围一览表，先把积分、微分时间选择好，然后由大到小的改变比例度进行凑试，直至调节过程曲线满意为止。积分时间和微分时间预置后用比例度凑试，其体现的是经验，如果没有经验就成为盲目调试了。此方法的缺点是当同时使用比例、积分、微分三作用时，不易找到zui合适的整定参数，则反复的凑试会费很多时间。
“曲线振荡很频繁，比例度盘要放大。”说的是比例度过小时，会产生周期较短的激烈振荡，且振荡衰减很慢，严重时甚至会成为发散振荡，如图2所示。这时就要调大比例度，使曲线平缓下来。
“ 曲线漂浮绕大弯，比例度盘往小扳。”说的是比例度过大时会使过渡时间过长，使被调参数变化缓慢，即记录曲线偏离给定值幅值较大，时间较长，这时曲线波动较大且变化无规则，形状像绕大弯式的变化，如图3所示。dlr这时就要减小比例度，使余差尽量小。
“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。”说的是积分作用的整定方法。当积分时间太长时，会使曲线非周期地慢慢地回复到给定值，即“曲线偏离回复慢”，如图2-4所示。则应减少积分时间。当积分时间太短时，会使曲线振荡周期较长，且衰减很慢，即“曲线波动周期长”，如图4所示。则应加长积分时间。
调节器的参数按比例积分作用整定好后，可在积分时间的0.2～0.5倍范围内来调整微分时间。即“zui后再把微分加。”由于微分作用会增强系统的稳定性，故采用微分作用后，调节器的比例度可以再增大一些，一般以增大20%为宜。微分作用主要用于滞后和惯性较大的场合，由于微分作用具有超前调节的功能，当系统有较大滞后或较大惯性的情况下，才应启用微分作用。
为方便理解几十年前的口诀，对有关问题谈点看法。
1、关于比例度盘
口诀是仪表工实际工作的总结，但由于历史的原因，当时仪表工所接触的大多是气动调节仪表，zui早的是04型基地式气动调节仪表，后来是气动单元组合仪表，七十年代初期电动仪表在工厂的应用也是很有限的。气动仪表调比例度就是改变一个针形阀门的开度，为便于观察阀门的开度，阀门手柄上有个等分刻度盘;电动仪表调的是电位器，同样也有一个等分刻度盘;这就是口诀中说的:“比例度盘”。
2、过程曲线的观察
经验法的实质就是看曲线，调参数。现在使用的DCS 功能强大，想观察什么曲线就可观察什么曲线，只要把测点引入DCS即可，非常的方便。但是在几十年前由于条件所限，如七十年代用得zui多的是气动三针记录仪，还有电子电位差计记录仪。口诀中所说过程曲线，大多指仪表的记录曲线，而且要设置较快的走纸速度和选择合适的量程，才有可能较好的观察到记录曲线。但有的对象由于调节过程较快，从记录曲线读出衰减过渡过程是很困难的，只能凭经验观察，如调节器的风压或电流来回波动两次就达到稳定状态，就可认为是n:1的衰减过渡过程。故口诀中所说的过程曲线，是形象化、直观化、被放大了的曲线，其目的是为了便于理解。
3、振荡周期和频率
过渡过程从一个波峰到第二个波峰之间的时间叫周期，一个振荡周期是360O;其倒数称为振荡频率。在衰减比相同的条件下，周期与过渡时间成正比，通常希望周期短一些为好，但各种被控对象的振荡周期相差是很大的，而周期的长短取决于所整定的对象，及不同的整定参数。口诀所说的“理想曲线两个波”，指的是在过渡时间内被调参数振荡的次数，如果说过渡过程振荡两次就能稳定下来，这就是很好的过渡过程。引入振荡周期和频率的概念是为了理论上分析问题的方便，与交流电的波形和频率相比，两者差别是很大的;过程控制的振荡周期是缓慢的，大多长达数分钟至数十分钟，而所谓的频率看到的也仅只是很慢的波动次数而已。
4、关于衰减
在多数情况下，都希望得到衰减振荡的过渡过程，而恒量衰减程度的指标是衰减比，即图1中 B与B' 两峰值的比，通常表示为n:1, 一般n在4～10之间较妥。口诀中说4:1的衰减过渡过程好，是如何定出来的?这其实是工艺操作人员多年的经验总结。因为在生产现场投用自控系统的时候，被控工艺参数在受到干扰和调节器的校正后，能比较快的达到一个高峰值，然后又马上下降并较快的达到一个低峰值，如果工艺操作人员看到这样的曲线，心里就比较踏实，他知道被调工艺参数再振荡几次就会稳定下来了，是不会出现大的超调现象的。但是如果过渡过程是非振荡的过程，则工艺操作人员在较长的时间内只看到过程曲线在一直上升或下降，操作人员害怕出事故的心理，就会促使他调动相应的阀门改变工艺物料的大小以求指标稳定，由于人为的干扰会导致被调参数大大偏离给定值，这一恶性循环严重时，可能会使系统处于不可控制的状态，所以说选择衰减振荡的过渡过程，并规定衰减比在 4～10:1之间，是根据工艺操作人员的经验而定的。
5、关于10：1的衰减过程
对有些控制对象，用4：1的衰减比感觉振荡过强，这时可采用10：1的衰减比。但要测量10：1的衰减周期是很困难的，因为基本看不出来第二个波及波峰，这就是衰减曲线整定法中，为什么只能采取测量di一个波峰上升时间来间接得到衰减周期的原因。
6、zui大偏差与超调量
zui大偏差表示控制系统偏离给定值的程度，也就是当干扰产生，经过调节待系统稳定后，被调量与给定值的zui大偏差。对于衰减振荡的过渡过程，zui大偏差就是di一个波的峰值，即图1中的A。一个整定好的调节系统，一般di一个波波动zui大，经一大一小两个波后，就应趋于稳定了。如果不能稳定就谈不上调节质量，也就无所谓zui大偏差了。
有时也用超调量来表示被控参数的偏离程度，超调量是衡量被控参数在过渡过程中振荡超出zui终静态值的程度，即图1中的B。在实际应用中，超调量大多是使用余差的百分数来表示，即图1中的B/C*。
7、大和小的顺序问题
70年代的口诀说的是:“从大到小顺次查”，由于我们需要的是衰减振荡的过渡过程，并避免出现其它的振荡过程，为了稳重在整定的初期，把比例度放至zui大位置，目的是减小调节器的比例作用。而积分放至zui大位置，目的是先把积分作用取消。把微分时间调至零也是把微分作用取消了。“从大到小顺次查”就是从大到小改变比例度或积分时间刻度，实质是慢慢的增加比例作用或积分作用的放大倍数。显然这符合习惯的叫法。
而网上流行的口诀说的是:“从小到大顺次查”，与原来口诀相比，大、小顺序作了改变，是否受了引进仪表的影响?因为，很多引进仪表对比例作用的大小，是用比例增益定义的，对积分时间的大小，有的是用积分增益定义的。“从小到大顺次查”理解为从小到大增加比例作用或积分作用的增益。且也符合进口仪表的叫法。
看来两种说法的调整效果是一样的;但接下来的几句又没有作相应的改动，这就与“从小到大顺次查”有矛盾了。“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。”如果用的是比例增益的定义，则不应出现比例度，应该是用“比例增益”才可做到前后呼应。即操作时应该是: 曲线振荡很频繁，比例增益往小调。曲线漂浮绕大弯，比例增益往大调。综合来看“从小到大顺次查”是否是笔误了?
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