自动调节系统的构成-从入门到精通PID参数整定

2016/9/10 13:52:24 人评论 次浏览 分类:过程控制  文章地址:http://www.textrasoft.com/tech/1069.html

在文章《PID诞生记》白志刚介绍了自动调节的发展历程。搞自动控制的人,许多人对如何整定PID参数感到比较迷茫。课本上说:整定参数的方法有理论计算法和经验试凑法两种。

理论计算法需要大量的计算,对于初学者和数学底子薄弱的人会望而却步,并且计算效果还需要进一步的修改整定,至今还有人在研究理论确认调节参数的方法。所以,在实际应用过程中,理论计算法比较少。

PID参数整定经验试凑法最广为人知的就是第一章提到的整定口诀了。该方法提供了一个大致整定的方向性思路。早期整定参数,需要两只眼睛盯着数据看,不断地思考琢磨。上世纪90年代的时候,我就曾经面对着Ⅱ型和Ⅲ型仪表,就这么琢磨。如果是调节周期长的系统,比如汽温控制,需要耗费大量的时间。

科学发展到了今天,DCS应用极其普遍,趋势图收集极其方便。对于单个仪表,也大都有趋势显示功能。所以,我们完全可以借助趋势图功能,进行参数整定。

我们可以依靠分析比例、积分、微分的基本性质,判读趋势图中比例、积分、微分的基本曲线特征,从而对PID参数进行整定。这个方法虽然基本等同于经验试凑法,但是它又比传统的经验试凑法更快速更直观,更容易整定。因而,我把这种依靠对趋势图的判读,整定参数的办法,称之为:趋势读定法。

白志刚撰写的《自动调节系统解析与PID整定》介绍一种PID参数整定方法:趋势读定法。趋势读定法尽量避免高深的理论和公式,初学者只要了解自动化系统的构成、PID最基本概念和时间比例积分三要素作用的趋势图就可以整定PID参数,趋势读定法对PID参数整定初学者和经验丰富的PID参数整定高手都有极大的帮助,可轻松帮助大家完成单回路调节系统、串级调节系统和复杂控制系统的PID参数整定,让控制系统达到最佳控制效果。PID参数整趋势读定法三要素:设定值、被调量、输出。三个曲线缺一不可。串级系统参照这个执行。这个所谓的趋势读定法,其实早就被广大的自动维护人员所掌握,只是有些人的思考还不够深入,方法还不够纯熟。这里我把它总结起来,大家一起思考。

提前声明;这些物理意义的分析,非常简单,非常容易掌握,但是你必须要把下面一些推导结论的描述弄熟弄透,然后才能够进行参数整定。
在介绍PID参数整定之前,先介绍一下自动调节系统的构成。

1、被调对象
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。电厂常用的是压力、温度、水位、转速、功率。

2、调节器
最初是单回路调节器,后来发展到串级调节系统。现在一般书上把串级调节系统也叫做双回路。副调(外给定PID调节器)叫做内回路,主调(单回路调节器)叫做外回路,合称双回路。

这种叫法不大合适。为什么呢?因为当时只考虑到了两个PID串在一起组成一个调节系统,却没有考虑到两个PID不串在一起,却仍旧是一个调节系统的情况。所以给现在的表述造成困难。当时的标准:两个PID不串在一起,就是两个调节系统。不一定的。比如两个互为备用的系统,控制的是一个被调量。有人说是两套系统,不妥。也有两个串级之间相互切换的,比如两个给水泵互为备用,调节汽包水位。它们都是控制一个被调量,应该算做一个调节系统。

更为复杂的,电厂的自控人员都知道协调系统。严格来说,协调包括了两套调节系统:功率回路和汽压回路。可是一般都说协调,基本上都说在一起了。当然,协调系统说成两个系统也未尝不可,毕竟它们各有各的被调量。

3、执行机构
执行机构应该包括执行器和阀门两大部分,分类很多。这一部分将在其他文章中详细介绍。

【小贴士】
如果您选用的PID调节器用于自动控制系统,我给您以下建议:

1、国内大多数仪表生产的调节器是经典PID算法的PID调节器,在温度大滞后等工况中无论您怎样整定PID参数,均难在这种工况中取得好的控制效果。
2、目前调节器的控制算法很多,比较经济实惠而控制效果很好的是人工智能PID调节器,尤其仪表启动自整定功能后,基本不需要人工干预就可获取最佳的PID参数,对PID参数初学者或经验不足者调试控制系统时省心省力,轻松让控制系统达到很好的控制效果。
人工智能调节器