11 3-6 控制系统的投运和参数整定.pptx

第1页：控制系统的投运步骤

过程控制系统的投运和控制器参数整定

1. 控制系统投运：新控制系统启用；老系统经过改造或经过检修之后重新投人生产的过程。
2. 检测系统投入运行：根据工业生产过程的实际情况，将温度、压力、流量、液位等检测系统投人运行。
3. 调节阀手动遥控：了解在正常工况下的开度。然后手动遥控，使系统的被控参数在给定值附近稳定下来，并使生产达到稳定工况，为切换到自动控制作好准备。

第2页：控制器投运与无扰动切换

控制器投运(手动~自动)

• 先检查控制器的正、反作用；
• 内外设定等开关位置，然后把控制器PID参数值设置在合适位置；
• 当被控参数与给定值一致，即当偏差为零时，将控制器由手动切换到自动(无扰动切换)，实现自动控制；
• 观察被控参数的记录曲线是否合乎工艺要求，若还不够理想，则调整PID参数，直到满意为止；
• 调整PID参数常称为控制器(调节器)参数整定。

第3页：调节器参数整定的定义

6.2调节器参数整定1.参数整定：系统联调参数：比例度，积分时间，微分时间

• 过程控制采用的控制器(调节器)通常都有一个或多个需要调整的参数和调整这些参数的相应机构(如旋钮、开关等)或相应设备(如计算机控制系统中的组态软件、可编程控制器中的编程器)。
• 通过调整这些参数使控制器特性与被控过程特性配合好，获得满意的系统静态与动态特性的过程称为控制器参数整定。

第4页：最佳整定的含义

由于人们在参数调整中，总是力图达到最佳的控制效果，所以常称为“最佳整定”，相应的控制器参数称为“最佳整定参数”。

• 参数整定➔最佳控制效果➔最佳整定➔最佳整定参数
• 设置和适当调节器参数➔提高系统指标
• 若调节器参数设置不当➔质量差，不稳定

第5页：理论计算整定法

整定方法：计算整定法(理论)：

• 理论计算整定法是在已知过程的数学模型基础上，依据控制理论，通过理论计算来求取“最佳整定参数”；
• 频率特性法，根轨迹法➔数学模型➔计算；
• 从原理上讲，理论计算整定法要比工程整定法更能实现控制器参数的“最佳整定”，
• 过程数学模型都只能近似反映过程的动态特性－理论计算所得到的整定参数值可靠性不够高，需进行反复调整。

第6页：工程整定法的分类

理论计算推导出的结果是工程整定法的理论依据。工程整定法：是根据工程经验，直接在过程控制系统中进行的控制参数整定方法。基于对象的响应特性曲线，或直接在闭环系统中进行。动态特性参数法；稳定边界法；阻尼震荡法(衰减曲线法)；试凑法(经验法)；极限环自整定法。（1）动态特性法：根据系统开环广义过程阶跃响应曲线，按照一些经验公式，求取调节器最佳参数整定值的开环整定方法

第7页：广义过程阶跃响应曲线

求广义过程阶跃响应曲线示意图在调节阀Wv(s)的输人端加一阶跃信号，记录测量变送器Wm(s)的输出响应曲线，根据该曲线求出代表广义过程的动态特性参数(τ—过程的滞后时间，T—过程的时间常数，ε—过程响应速度)，然后根据这些参数的数值，分别应用相应公式计算出调节器的整定参数值。

第8页：自平衡过程的阶跃响应曲线

自平衡过程的阶跃响应曲线

自衡过程响应曲线页，对比无滞后与有明显纯滞后两种情形并说明由此求K0、τ与T。

本页主体为图示（封面、公式推导、框图或曲线），源文件未提取到成段文字，上述标注与要点请以原课件图片为准。

第9页：自衡过程的整定计算公式

自衡过程的整定计算公式

本页给出按动态特性参数法整定时使用的经验公式表：在衰减率 Ψ=0.75 条件下，由广义过程阶跃响应曲线求得的滞后时间 τ、时间常数 T 与自平衡率 ρ，分别代入即可算出 P、PI、PID 调节器的比例度 δ、积分时间 TI 与微分时间 TD。

原表以图片形式给出，源文本未能提取行列数值，具体算式请以原课件图表为准。

第10页：动态特性参数法例题

动态特性参数法例题

整定例题页，给出三阶惯性对象在τ=21s、T=100s、自平衡率ρ=1时求整定参数。

例：已知单回路控制系统的被控过程为00W(s)1(1Ts)3现采用动态特性参数法整定调节器参数

本页主体为图示（封面、公式推导、框图或曲线），源文件未提取到成段文字，上述标注与要点请以原课件图片为准。

第11页：例题的P、PI、PID整定结果

例题的P、PI、PID整定结果

例题求解页，给出比例度、积分时间与微分时间的计算过程与具体数值。

本页主体为图示（封面、公式推导、框图或曲线），源文件未提取到成段文字，上述标注与要点请以原课件图片为准。

第12页：无自衡过程的阶跃响应曲线

无自衡过程的阶跃响应曲线

无自衡过程响应曲线页，给出无自平衡阶跃响应曲线及用于整定的特征参数。

本页主体为图示（封面、公式推导、框图或曲线），源文件未提取到成段文字，上述标注与要点请以原课件图片为准。

第13页：已知τ和ε的整定公式

已知τ和ε的整定公式

整定公式表，按τ与响应速度ε给出自衡过程P、PI、PID调节器的整定参数算式。

自衡过程的整定计算公式（Ψ＝0.75

本页主体为图示（封面、公式推导、框图或曲线），源文件未提取到成段文字，上述标注与要点请以原课件图片为准。

第14页：稳定边界法（临界比例度法）

(2)稳定边界法(临界比例度法)这是一种闭环的整定方法。它基于纯比例控制系统临界振荡试验所得数据，即临界比例度δk和临界振荡周期Ｔk，利用一些经验公式求取调节器最佳参数值。方法：将控制系统处于纯比例作用下，逐步减小比例度，直到出现等幅振荡为止，记下此时的临界比例度δk和临界振荡周期Ｔk。

第15页：稳定边界法的整定步骤

稳定边界法的整定步骤

整定步骤页，说明置积分时间最大微分时间为零后逐步减小比例度至出现等幅振荡。

置调节器ＴI=ＴImax,ＴD=0,系统闭环稳定运行B.逐步减小比例度δ（即增大比例放大倍数）至出现等幅振荡

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第16页：临界振荡整定计算公式

临界振荡整定计算公式

临界振荡整定公式表，给出由δk与Tk求P、PI、PID各参数的经验算式。

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第17页：稳定边界法的特点与思考题

根据上述计算结果设置调节器的参数值。观察系统的响应过程，若曲线不符合要求，再适当调整整定参数值。

• 特点：简单方便，容易掌握和判断,但生产过程不许反复振荡就不能应用（(例如锅炉给水控制系统和燃烧控制系统)思考题：用临界比例度法整定某过程控制系统所得的临界比例度为２０％，临界振荡周期为1分钟，当调节器分别采用P,PI,PID时，求其最佳整定参数。

第18页：阻尼振荡法（衰减曲线法）

（3）阻尼振荡法先在单纯比例作用基础上，找出达到规定衰减比的比例度数值，然后用经验公式求取PID参数值，对定值控制系统，以4：1的衰减比作为要求。A.在闭合系统中，置调节器积分时间为最大，微分时间为最小（ＴI=ＴImax,ＴD=0），比例度δ取较大数值，反复做给定值扰动试验，并逐渐减少比例度δ，直至记录曲线出现4：1的衰减为止。这时的比例度称为4：1衰减比例度δs，两个相邻波峰间的距离称为4：l衰减周期Ｔs。

第19页：4:1衰减整定计算公式

4:1衰减整定计算公式

4:1衰减整定公式表，给出由δs与Ts求取比例度、积分时间与微分时间的算式。

根据δs和Ｔs值按表中经验公式

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第20页：10:1衰减曲线法

1衰减对大多数控制系统，4：1衰减过程是最佳整定。但在有些过程中，例如热电厂锅炉的燃烧控制系统，希望衰减越快越好，则可采用10：1的衰减过程。10：l衰减曲线由于衰减很快，第二个波峰常常不易分辨，使测取衰减周期很困难，可通过测取从施加给定值扰动开始至达到第一个波峰的上升时间Ｔr。

第21页：10:1衰减的整定步骤

然后根据δs，和Ｔr值，运用表中的经验公式，计算出调节器参数δ、ＴI，和ＴD的数值。具体整定步骤与4：1衰减曲线法完全相同。

第22页：现场经验整定法（试凑法）

（4）现场经验整定法(试凑法)经验法是根据参数整定的实际经验，针对生产上最为多见的温度，流量，压力和液位等四类控制系统，将调节器参数预先设定在常见范围的某些数值上。然后施加一定的人为扰动，观察控制系统的过渡过程，如过渡过程不理想，则按一定程序改变调节器参数，这样反复试凑，直到获得满意的控制质量。

第23页：试凑法的整定顺序

试凑法的整定顺序

试凑顺序页，指出P作用是最基本的控制作用并按δ、TI、TD的次序反复调整。

本页主体为图示（封面、公式推导、框图或曲线），源文件未提取到成段文字，上述标注与要点请以原课件图片为准。

第24页：P、PI、PID的试凑步骤

PI控制：先将ＴI置于最大值，按纯比例整定δ使被控量衰减比n=4:1，然后将δ放大10~20%，ＴI也适当减小，将积分时间常数由大到小逐步加入，直到获得n=4:1为止。PID控制：先将ＴD置零，按照PI控制过程整定δ，ＴI参数，然后将比例度δ降低到比原值小10~20%，ＴI也适当减小，然后将ＴD由小到大逐步加入，直到被控量变化符合要求。

第25页：各类控制系统整定参数范围

各种控制系统整定参数范围

原表以图片形式给出，上表按课件原文数据与常规工程取值范围整理，使用时请以原课件图表为准。

第26页：经验法的优缺点

经验法：

• 看曲线，作分析，调参数，找最佳，方法简单可靠，对外界扰动比较频繁的尤为合适；
• 由于过渡过程的曲线没有统一标准,曲线的优劣在很大程度上取决于整定者的主观意愿，故该方法控制质量不高；
• 需试凑多个参数，可能较为耗时。几种方法比较：

第27页：整定方法的比较

衰减曲线法：

• 整定质量高，整定过程安全可靠；
• 有时衰减比很难观察，遇到调节过程很不规则时就无法采用了；
• 对扰动频繁的控制系统也不适用。临界比例度法：
• 简单明了，容易判断整定质量；
• 当工艺上约束条件较为苛刻，不允许被控量等幅振动时，此法不宜应用。