为什么要整定控制器参数(用动态特性参数法整定单回路系统调节器参数) 系统调试 调节器参数设置:& nbsp；& nbsp一、自动控制系统投入运行:& nbsp；& nbsp& nbsp在设计和施工阶段之后，自动控制系统进入调试阶段。 在系统投入运行之前，要做好一系列的准备工作，包括系统的各个环节要处于良好的状态，对系统投入运行时可能出现的各种故障要有所估计，并采取其消除措施。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(1)系统投产前的准备工作:& nbsp& nbsp& nbsp1.熟悉主、辅设备的操作及其对控制质量的要求；掌握控制系统的设计意图和具体结构；了解和熟悉系统中的各种自动化仪表，并能熟练操作。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp2.自动控制装置的校准决定了仪器的静态协调。 先进行室内验证，再进行现场验证。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp3、自动控制系统线路检查，根据控制系统设计图纸和相关施工程序，认真检查系统各部件的安装和连接。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp检查测量元件的安装是否符合要求，测量信号是否反映工况，测量元件引出线的抗干扰措施和对地绝缘。 调节器重点检查手动输出、自动跟踪、正负调节、手动-自动无扰切换。 对于操作员和远程控制板，检查手动执行器的运动方向和手动-自动无扰切换非常重要。 对于执行机构，重点检查其开关方向和动作方向，阀门开度与调节器输出的线性关系，位置反馈。 检查仪器连接线，重点是错误检查、绝缘和接触。 检查继电器信号，检查自动安全报警功能和当控制量超过预定的上下限时自动解除报警，检查自动联锁电路和急停按钮等安全措施。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(二)控制系统调试:& nbsp& nbsp& nbsp也就是检查整个系统是否能正常运行。 调试步骤如下:& nbsp& nbsp1.将操作装置切换到“手动”位置，给所有仪器供电，接入被测信号，开始工作。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp2.与人工操作员一起操作，以保持正常的工作状态。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp3.断开控制回路，例如，在电动执行机构中，将执行机构与调节机构断开，使系统处于开环状态。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp4.无干扰地将操作开关切换到自动位置。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp5.改变其给定值或施加一些扰动信号。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp6.检查系统各环节之间信号传递的极性，检查记录、指示、报警等仪表是否正常工作。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp如果系统各环节工作正常，就可以关闭控制回路，调整调节器参数。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp二。调节器参数的工程设定:& nbsp& nbsp& nbsp调节器的参数整定是经济统计设计、施工、调试和试运行阶段后的一项重要工作，也是获得良好控制品质的重要手段。 调节器参数的整定通常有两种方法:理论计算和工程整定，工程整定法在实践中应用广泛。 以下整定方法都是针对广义对象和调节器组成的控制系统，如图1所示。 & nbsp1 & nbsp广义对象图:& nbsp& nbsp& nbsp(一)调节器参数的影响& nbsp；控制过程:& nbsp& nbsp调节器的比例带σ、积分时间ti、微分时间Td等设定参数的变化对调节过程的影响见图2。 & nbsp2 & nbsp调节器参数对控制过程的影响χ——比例带变化对控制过程的影响(比例调节器)；b .积分时间变化对控制过程的影响(比例和积分调节器)；c-微分时间变化对控制过程的影响(比例和微分调节器):& nbsp& nbsp& nbsp1.调节器成比例时，比例带由大到小的变化会使稳定性由强到弱，超调由小变大，上升时间由长变短，振荡周期由长变短，静态误差由大变小。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp2.当调节器为比例积分律时，积分时间由大变小会使稳定性由强变弱，动态偏差由大变小，上升时间由长变短，振荡周期由长变短。由于集成，静态误差被消除。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp3.比例积分微分法在调节器中时，微分时间由小变大，增强了稳定性，减小了动态偏差，缩短了上升时间和振荡周期；但如果微分时间增加过多，则会产生相反的效果，恶化控制品质，破坏系统的稳定性。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(2)单回路控制系统调节器参数的工程设定:& nbsp& nbsp& nbsp单回路系统调节器的参数设定是其它复杂调节系统设定的基础，一般采用以下方法。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp1.经验方法:这是一种试错法。 在系统投入自动运行前取一组调节器参数的值，然后人为加入一些扰动，如改变给定值，观察被调节变量或阀位与调节器输出的曲线形状；改变调节器的相关参数，反复尝试，直到控制品质满足要求。 比例积分微分调节器的设定步骤:& nbsp；& nbsp& nbsp(1)设置Ti→∞，TD = 0，将比例带σ由大变小，直到得到更好的控制过程曲线。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(2)将比例带放大1.2倍，积分时间由大变小，以获得更好的调节过程曲线。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(3)保持积分时间ti不变，改变(增大或减小)比例带，观察控制过程曲线是否改善；如果有改善，继续调整比例带；如果没有改善，就减少原来的比例带，然后改变积分时间来改善控制过程曲线。 重复多次，直到找到合适的比例带和积分时间。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(4)初步设定σ和Ti的值后，将微分时间设定为积分时间的1/6 ~ 1/4，同时适当减小比例带和积分时间，观察控制过程曲线，适当调整σ、Ti和Td。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp根据表1，判断受控量记录曲线不理想的原因。 & nbsp1 & nbsp从记录曲线中查找控制系统异常的原因:& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp上接表1:& nbsp；& nbsp& nbsp2.临界比例带法:这是一种在线调整调节器参数的方法。调优步骤如下:& nbsp& nbsp& nbsp(1)设Ti→∞，TD = 0，σ为较大值；逐渐降低σ，直到被控量的记录曲线连续出现四到五次等幅振荡，此时的比例带称为临界比例带σ K。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(2)从记录的曲线中获得等幅振荡的周期Tpk。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(3)根据σk和Tpk的值，在表2中得到调节器的参数值σ、Ti和Td。 & nbsp2 & nbsp采用临界比例带法计算调节器参数，记录被控量，调节曲线控制品质要求，调节器参数σTiTd的幅度衰减比4∶1 PPI PID 2σk 2.2σk 1.7σk:0.85 TPK 0.5 TPK & nbsp；& nbsp0.125Tpk & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(4)在调节器上，取消大于所得值的比例带值，然后依次调整所需的积分和微分时间，最后将比例带放在计算值上；如果记录的曲线不符合要求，适当调整调节器的参数。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp3.衰减曲线法:这种方法不需要大量的试错，不适用于外界干扰频繁的系统，当负载变化较大时必须重新调整。 设置步骤如下 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(1)取Ti→∞，TD = 0，σ为较大值，待系统稳定后，重复扰动试验，并逐渐减小比例带，观察记录曲线的波形，直至曲线呈现4∶1或10∶1的衰减比，从而得到相应的比例带σs或比例带σs’ & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(2)从记录线找出4∶1衰减时的调整周期Tp或10∶1衰减时的上升时间Tr。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(3)根据表3计算σ、Ti和Td的值。 & nbsp表3:衰减曲线法调节器参数给定值阶跃变化下过程过渡曲线的控制质量要求；调控法；调节器参数σTiTd的振幅衰减比为4∶1(B3/B1 = 1/4)；ppip idσs 1.2σs 0.8σs:0.5 TP 0.3 TP & nbsp；& nbsp0.1Tp振幅衰减比为10∶1(B3/B1 = 1/10)ppip idσs′1.2σs′0.8σs′:2tr 1.2 Tr & nbsp；& nbsp0.4Tr & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(4)在调节器上，取一个略大于所得比例带的值，依次调整所需的积分和微分时间，最后将比例带放在计算值上；如果记录的曲线不符合要求，适当调整调节器参数。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp4.反应曲线法:这里所说的反应曲线法是一种简单的工程整定方法，是根据对象的阶跃响应特性来进行的，适用于已经掌握了对象特性的情况。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp对于相当数量的被控对象，广义对象的阶跃特性通常可以近似处理为一阶惯性环节或具有纯滞后的积分环节，即对象函数为Ke-RS/(TS+1)或E-RS/TAS，如图3所示。 从图中可以得到特征参数，纯滞后τ，放大系数K，时间常数T。 然后根据表4中的公式计算相应衰减比为4∶1时的比例带σ、积分时间Ti和微分时间Td。 在表中，ta是非自平衡物体的积分时间，ta = t/k 从图3中可以看出，τ/T=R/Km0 因此，对于自平衡物体，τ/ta = r/m0；自平衡物体kτ/t = r/m0 因此，只要得到R和m0，就可以计算出调节器的比例带σ、积分时间Ti和微分世界事务Td。 & nbsp图3 & nbsp阶跃响应曲线α-阶跃输入；-b反应曲线:表4:调节器参数的计算 反应曲线法:& nbsp；& nbsp& nbsp三。串级控制系统调节器参数的工程整定:& nbsp& nbsp& nbsp串级控制系统的主回路和辅助回路是相互联系、相互影响的。设置主调节器或辅助调节器会影响主控制量和辅助控制量。 因此，为了防止和消除初级和次级电路之间的谐振现象，次级电路的振荡周期Tp2与初级电路的振荡周期Tp1之比应该控制在1/3到1/5或更小。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(1)循序渐进法:& nbsp& nbsp& nbsp当主回路和辅助回路相关性较大，主、辅助被控量的控制要求较高时，逐步逼近法更适用。 然而，这种方法既繁琐又耗时。具体步骤见表5。 & nbsp表5:计算串级系统调节器参数的逐步逼近法:Vice & nbsp主:戒指& nbsp1 & nbsp根据单回路控制系统的方法设置断开:获取辅助调节器参数(σ2，T12，TD2) 12:辅助调节器参数为(σ2，T12，Td2)1 保持不变:根据单回路控制系统的方法设置:主调节器参数为(σ1，T11，Td1)1，(σ2，T12，TD2) 13:根据单回路控制系统设置:主回路闭合，(σ1，T11，Td1)1保持不变主辅调节器参数为(σ1，T11，Td1)1，(σ2，T12，TD2) 24:辅调节器参数为(σ2，T12，TD2) 2， 不变:按单回路控制系统整定:主辅调节器为(σ1，T11，Td1)2，(σ2，T12，TD2)25:& nbsp；如果控制品质不符合要求，继续重复步骤“3”和“4”，反复调整主、辅调节器，直到达到满意的控制品质为止:& nbsp& nbsp& nbsp(2)二- 设置方法:& nbsp；& nbsp& nbsp在整个时间内，主辅电路都是闭合的，主辅电路由单回路控制系统根据要求的衰减比进行调节，如表6所示。 & nbsp表6:串级控制系统调节器参数计算的两种整定方法:Vice & nbsp主:戒指& nbsp1 & nbsp根据所需衰减比设置二次回路调节器 定律:主回路闭合，p定律，主调节器比例带σ = 100%:得到辅助调节器比例带σs2值为2:二次调节器参数σs2不变:根据所需衰减比设置主调节器 定律。得到σs1值为3的主调节器比例带:根据σs2的值，根据表3计算辅助调节器的参数σ，T1，Td，并在辅助调节器上设置。根据σs1的值，从表3中获得主调节器的参数σ、T1和Td，并在主调节器上进行设置。主、辅调节器参数σ、T1、td4:适当调整调节器参数，以获得所需的控制品质:& nbsp& nbsp& nbsp(3)一步设置法:& nbsp& nbsp& nbsp在串级系统中，当二次回路起粗调作用，一次回路起微调作用时，只要正确配置一、二次调节器的参数，主被控量仍能满足工艺要求。 这时可以采用一步设定法，先估计对象的特性，选择合适的辅助调节器比例带，再设定主调节器的参数。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp在许多串级系统中，辅助回路的设置仅用于快速粗调。这时可以先调整辅助调节器的比例带，根据经验设定辅助调节器比例带的大致范围——温度:30% ~ 60%，压力:30% ~ 70%，流量:40% ~ 80%。 只要二次回路不振荡，就可以把二次调节器的比例带设置小一点，然后再设置主调节器。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp四。调节器参数调整时需要注意的问题:& nbsp& nbsp& nbsp在设置调节器参数时，应注意以下问题:& nbsp& nbsp(1)通过上述方法获得的参数仅提供近似值。控制系统投入运行后，应根据系统的实际情况进行适当的修正。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(2)在整定时间内，给定值的变化和扰动引起的调节器过程是不同的，但在这两种扰动下系统的稳定性是相同的。 给定值扰动是一种比较强烈的扰动，因此根据给定值扰动来设定更有利于控制系统的稳定性。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(3)考虑调节器参数的相互干扰，电动调节器参数的相互干扰系数为f = 1+α TD/T1，其中α = 1+CI/CD，CI和CD为电机调节器反馈回路中的积分电容和微分电容，TD和TT为微分时间和积分时间尺度值。 实际比例带和微分时间为刻度值的1/F，实际积分时间为刻度值的F倍。 上述各种设定方法得到的调节器参数值都不是校准值，因此在调整系统时，必须考虑各参数的干扰系数，调节器参数应设定在实际需要的值。 计算机控制系统中PID参数的不干扰系数 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(D)应考虑物体特性的非线性问题。 对象的特性往往随被控值、负载和干扰的大小和方向而变化，这就使得对象的特性具有非线性。 环境变化、设备陈旧等。也会改变物体的特性。 如果被控对象具有明显的非线性，可以将调节器参数设定在一个相对安全的值(即具有较大的稳定裕度)，然后根据实际运行情况进行调整。
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