§4.3控制器參數整定對數頻率特性法

根軌跡法理論計算整定方法經驗法

衰減曲線法

臨界比例度法響應曲線法工程整定法需要知道數學模型不需要事先知道過程的數學模型，可直接在系統中進行現場整定，比較簡單（廣泛使用）自整定法：對運行中的系統進行整定確定調節器的比例度δ、積分時間TI和微分時間TD。其實質是通過改變調節器的參數，以改變系統的動態和靜態指標，使系統的過渡過程達到最為滿意的質量指標要求，爭取最佳控制效果。方法有：概念：1、經驗整定法實質上是經驗試湊法，是工程人員在長期生產實踐中總結出來的被控變量規律的選擇(%)（min）（min）流量要短；不用微分40～1000.3～1溫度要長；一般需加微分20～603～100.5～3壓力對象的容量滯后不算大一般不加微分30～700.4～3液位可在一定范圍內選取一般不用微分20～80表4-3控制器參數經驗數據不需計算和實驗，而是根據經驗，先確定一組控制器參數（如表4-3中所示），并將系統投運，然后人為加入干擾（改變設定值）觀察過渡過程曲線，根據各種控制作用對過渡過程的不同影響來改變相應的控制參數值，進行反復湊試，直到獲得滿意的控制質量為止。先根據表4-3選取Ti和Td，通常取Td=(1/3～1/4)Ti

，然后對進行反復湊試直至得到滿意的結果。如果開始時和設置得不合適，則有可能得不到要求的理想曲線。這時應適當調整和再重新湊試，使曲線最終符合控制要求。先令PID成為純P調節器（即令Ti=，Td＝0）按經驗數據設置整定控制系統，使之達到4：1衰減振蕩的過渡過程曲線；經驗整定方法一：然后加I作用(在加I之前，應將加大為原來的1.2倍）Ti按2o，或(0.51)Tp計算，將Ti由大到小調整，直到系統得到4：1衰減振蕩的曲線為止。若需引入D作用，Td按0.5o，或(0.250.5)Ti計算，這時可將調到原來的數值（或更小一些），再將Td由小到大調整，直到過渡過程曲線達到滿意為止。經驗整定法二：經驗整定法適用于各種控制系統，特別適用對象干擾頻繁、過渡過程曲線不規則的控制系統。但是，使用此法主要靠經驗，對于缺乏經驗的操作人員來說，整定所花費的時間較多2、臨界比例度法--閉環整定方法將PID置純P作用（即TI=∞，TD=0）置為較大數值,系統投閉環系統穩定后，施加一階躍輸入；減小，直到出現等幅振蕩為止

記錄臨界比例帶K和等幅振蕩周期TK。采用下表的經驗公式計算控制器各參數③按先P，后I，最后D的操作程序，將控制器整定參數調到計算值上；觀察其運行曲線，作進一步調整。臨界比例度法：受到一定的限制。如有些系統不允許進行反復振蕩試驗；如時間常數較大的單容過程，采用比例控制時根本不可能出現等幅振蕩。過程特性不同，整定得到的控制器參數不一定能獲得滿意結果。如無自衡特性過程，整定參數往往會使系統響應的衰減率偏大（即ψ>0.75）；有自衡特性的高階等容過程，整定參數使系統衰減率偏小（即ψ<0.75）。3、衰減曲線法--閉環整定方法

將PID置純P作用（即TI=∞，TD=0）置為較大數值,系統投閉環系統穩定后，施加一個階躍輸入；↓直到出現衰減振蕩為止記錄比例帶s，及衰減振蕩周期或上升時間。根據s,TS

,tp，采用下表中的經驗公式，計算控制器各參數。步驟如下：按先P，后I，最后D的操作程序，將控制器整定參數調到計算值上；觀察其運行曲線，作進一步調整。注意：準確地確定系統4:l（或l0:1）的衰減程度比較困難（±2/5%）不適用于一些擾動比較頻繁、過程變化比較快的系統4、反應曲線法--開環整定方法利用系統開環廣義對象的階躍響應曲線進行控制器參數整定。齊格勒（Ziegler）-尼科爾斯（Nichols）在1942年提出的步驟如下：系統置于開環狀態。在調節閥Gv(s)的輸入端施加一個階躍信號，記錄下測量變送環節Gm(s)的輸出響應曲線y(t)。根據階躍響應曲線，得到廣義對象的傳遞函數。根據近似經驗公式計算控制器參數。無自平衡廣義過程自平衡廣義過程廣義對象的傳函：§4.3控制器參數整定——反應曲線法齊格勒（Ziegler）-尼科爾斯（Nichols）整定公式先按表算出P控制器的PD控制器的參數無自衡過程自衡過程§4.3控制器參數整定——反應曲線法柯恩（Cheen）-庫思（Coon）整定公式P控制器：PI控制器：PID控制器：§4.3控制器參數整定——三種常用工程整定方法的比較臨界比例度法、衰減曲線法、反應曲線法都屬于工程整定方法，共同點是通過試驗獲取某些特征參數，然后再按照工程經驗公式計算控制器的整定參數；不同點：臨界比例度法和衰減曲線法都是閉環整定方法，依賴系統在某種運行狀況下的特征參數都控制器參數進行整定，不需要掌握被控過程的數學模型；臨界比例度法不適用于生產過程中不能反復振蕩試驗、對比例調節是本質穩定的被控系統；在做衰減比較大的試驗時，衰減曲線法觀測數據很難準確確定，不適用于過程變化快的系統；§4.3控制器參數整定——三種常用工程整定方法的比較反應曲線法是開環整定方法，即通過系統開環試驗得到被控過程的特征參數后，再對控制器參數進行整定。因此，這種方法適用性較廣，并為控制器參數的最佳整定提供了可能。與其他兩種方法相比，反應曲線法所受試驗條件的限制比較少，通用性強；衰減曲線法和臨界比例度法的抗干擾能力不如反應曲線法，因為閉環試驗對干擾有較好的抑制作用，而開環試驗對外界干擾的抑制能力較差。無論采用哪種方法所得到的控制器參數，都需要在系統的實際運行中進行最后的調整與完善。§4.3控制器參數整定——舉例已知被控過程是一個二階環節，其傳遞函數為：檢測變送環節的特性為：調節閥特性為：因此廣義被控過程的傳遞函數為：§4.3控制器參數整定——舉例由階躍響應曲線法確定帶純滯后的一階環節：§4.3控制器參數整定——舉例反應曲線法整定控制器參數采用Z-N公式：P控制器：=0.125，Kc=8PI控制器：Kc=7.3，TI=8.25PID控制器：Kc=9.4，TI=5，TD=1.25采用柯恩-庫恩公式：P控制器：Kc=8.3PI控制器：Kc=7.3，TI=6.6PID控制器：Kc=10.9，TI=5.85，TD=0.89§4.3控制器參數整定——舉例臨界比例度法整定控制器參數K=0.08，TK=15.12P控制器：Kc=6.25PI控制器：Kc=5.7，12.85PID控制器：Kc=7.35，TI=7.56，TD=1.89§4.3控制器參數整定——舉例純比例控制下，不同整定方法的響應曲線：§4.3控制器參數整定——舉例比例積分控制下，不同整定方法的響應曲線：§4.3

控制器參數整定——舉例比例積分微分控制下，不同整定方法的響應曲線：調節器參數整定中的反應曲線法和理論計算法，都是以如圖所示的廣義被控對象Go(s)和等效控制器Gc(s)組成的簡單控制系統為基礎的。Gc(s)Go(s)r(t)y(t)－由Gc(s)和Go(s)組成的簡單控制系統§4.3控制器參數整定——廣義被控對象和等效調節器問題Gc(s)Gp(s)r(t)y(t)－Gv(s)Gm(s)Go(s)=Gp(s)Gm(s) Gc(s)=Gc(s)Gv(s)Go(s)=Gv(s)Gp(s)Gm(s) Gc(s)=Gc(s)Go(s)=Gp(s) Gc(s)=Gc(s)Gv(s)Gm(s)因此，整定計算所得的為等效調節器的等效比例帶，必須經過換算后才得到調節器的比例帶。§4.3控制器參數整定——廣義被控對象和等效調節器問題即使如此，整定計算得到的是調節器各參數的實際值。對于工業PID調節器，由于和Ti、Td各參數之間相互干擾，必須考慮調節器各參數實際值與刻度值之間的轉換關系。帶*的量為調節器參數的實際值，不帶*的為參數的刻度值。F稱為相互干擾系數。調節器處于P、PI和PD工作狀態時，F=1，調節器的實際值和刻度值相等。但當處于PID工作方式時，F>1，必須由它的實際值計算調節器參數的刻度值。§4.3控制器參數整定——廣義被控對象和等效調節器問題例：某溫度控制系統采用PI控制器。在調節閥擾動量u=20%時，測得溫度控制通道階躍響