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1、4.3控制器参数整定,需要知道数学模型,不需要事先知道过程的数学模型，可直接在系统中进行现场整定，比较简单（广泛使用）,自整定法：对运行中的系统进行整定,确定调节器的比例度、积分时间TI和微分时间TD。其实质是通过改变调节器的参数，以改变系统的动态和静态指标，使系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要求，争取最佳控制效果。,方法有：,概念：,1、经验整定法,实质上是经验试凑法，是工程人员在长期生产实践中总结出来的,表4-3 控制器参数经验数据,不需计算和实验，而是根据经验，先确定一组控制器参数（如表4-3中所示），并将系统投运，然后人为加入干扰（改变设定值）观察过渡过程曲线，根据各种控制作用对过
2、渡过程的不同影响来改变相应的控制参数值，进行反复凑试，直到获得满意的控制质量为止。,先根据表4-3选取Ti和Td，通常取Td=(1/31/4)Ti，然后对 进行反复凑试直至得到满意的结果。如果开始时和设置得不合适，则有可能得不到要求的理想曲线。这时应适当调整和再重新凑试，使曲线最终符合控制要求。,先令PID成为纯P调节器（即令Ti=，Td0）按经验数据设置整定控制系统，使之达到4：1衰减振荡的过渡过程曲线；,经验整定方法一：,然后加I作用(在加I之前，应将 加大为原来的1.2倍）Ti按2o，或(0.51)Tp计算，将Ti由大到小调整，直到系统得到4：1衰减振荡的曲线为止。,若需引入D作用，Td
3、按0.5o，或(0.250.5)Ti计算，这时可将 调到原来的数值（或更小一些），再将Td由小到大调整，直到过渡过程曲线达到满意为止。,经验整定法二：,经验整定法适用于各种控制系统，特别适用对象干扰频繁、过渡过程曲线不规则的控制系统。但是，使用此法主要靠经验，对于缺乏经验的操作人员来说，整定所花费的时间较多,2、临界比例度法-闭环整定方法,将PID置纯P作用（即TI=，TD=0）置为较大数值,系统投闭环,系统稳定后，施加一阶跃输入；减小，直到出现等幅振荡为止 记录临界比例带K和等幅振荡周期TK。采用下表的经验公式计算控制器各参数,按先P，后I，最后D的操作程序，将控制器整定参数调到计算 值上；
4、观察其运行曲线，作进一步调整。,临界比例度法：受到一定的限制。如有些系统不允许进行反复振荡试验；如时间常数较大的单容过程，采用比例控制时根本不可能出现等幅振荡。过程特性不同，整定得到的控制器参数不一定能获得满意结果。如无自衡特性过程，整定参数往往会使系统响应的衰减率偏大（即0.75）；有自衡特性的高阶等容过程，整定参数使系统衰减率偏小（即0.75）。,3、衰减曲线法-闭环整定方法,将PID置纯P作用（即TI=，TD=0）置为较大数值,系统投闭环,系统稳定后，施加一个阶跃输入；直到出现衰减振荡为止记录比例带s，及衰减振荡周期或上升时间。,根据s,TS,tp，采用下表中的经验公式，计算控制器各参数
5、。,步骤如下：,按先P，后I，最后D的操作程序，将控制器整定参数调到计算值上；观察其运行曲线，作进一步调整。,注意：准确地确定系统4:l（或l0:1）的衰减程度比较困难（2/5%）不适用于一些扰动比较频繁、过程变化比较快的系统,4、反应曲线法-开环整定方法,利用系统开环广义对象的阶跃响应曲线进行控制器参数整定。齐格勒（Ziegler）-尼科尔斯（Nichols）在1942年提出的步骤如下：,系统置于开环状态。,在调节阀Gv(s)的输入端施加一个阶跃信号，记录下测量变送环节Gm(s)的输出响应曲线y(t)。,根据阶跃响应曲线，得到广义对象的传递函数。,根据近似经验公式计算控制器参数。,无自平衡广
6、义过程,自平衡广义过程,广义对象的传函：,4.3控制器参数整定反应曲线法,齐格勒（Ziegler）-尼科尔斯（Nichols）整定公式,先按表算出P控制器的,PD控制器的参数,无自衡过程,自衡过程,4.3控制器参数整定反应曲线法,柯恩（Cheen）-库思（Coon）整定公式,P控制器：,PI控制器：,PID控制器：,4.3控制器参数整定三种常用工程整定方法的比较,临界比例度法、衰减曲线法、反应曲线法都属于工程整定方法，共同点是通过试验获取某些特征参数，然后再按照工程经验公式计算控制器的整定参数；不同点：临界比例度法和衰减曲线法都是闭环整定方法，依赖系统在某种运行状况下的特征参数都控制器参数进行
7、整定，不需要掌握被控过程的数学模型；临界比例度法不适用于生产过程中不能反复振荡试验、对比例调节是本质稳定的被控系统；在做衰减比较大的试验时，衰减曲线法观测数据很难准确确定，不适用于过程变化快的系统；,4.3控制器参数整定三种常用工程整定方法的比较,反应曲线法是开环整定方法，即通过系统开环试验得到被控过程的特征参数后，再对控制器参数进行整定。因此，这种方法适用性较广，并为控制器参数的最佳整定提供了可能。与其他两种方法相比，反应曲线法所受试验条件的限制比较少，通用性强；衰减曲线法和临界比例度法的抗干扰能力不如反应曲线法，因为闭环试验对干扰有较好的抑制作用，而开环试验对外界干扰的抑制能力较差。无论采
8、用哪种方法所得到的控制器参数，都需要在系统的实际运行中进行最后的调整与完善。,4.3控制器参数整定举例,已知被控过程是一个二阶环节，其传递函数为：,检测变送环节的特性为：,调节阀特性为：,因此广义被控过程的传递函数为：,4.3控制器参数整定举例,由阶跃响应曲线法确定带纯滞后的一阶环节：,4.3控制器参数整定举例,反应曲线法整定控制器参数采用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-库恩公式：P控制器：Kc=8.3PI控制器：Kc=7.3，TI=6.6PID控制器：Kc=10.9，TI=5.8
9、5，TD=0.89,4.3控制器参数整定举例,临界比例度法整定控制器参数,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控制器参数整定举例,纯比例控制下，不同整定方法的响应曲线：,4.3控制器参数整定举例,比例积分控制下，不同整定方法的响应曲线：,4.3 控制器参数整定举例,比例积分微分控制下，不同整定方法的响应曲线：,调节器参数整定中的反应曲线法和理论计算法，都是以如图所示的广义被控对象Go(s)和等效控制器Gc(s)组成的简单控制系统为基础的。,4.3控制器参数整定广义被控对象和
10、等效调节器问题,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，整定计算所得的为等效调节器的等效比例带，必须经过换算后才得到调节器的比例带。,4.3控制器参数整定广义被控对象和等效调节器问题,即使如此，整定计算得到的是调节器各参数的实际值。对于工业PID调节器，由于和Ti、Td各参数之间相互干扰，必须考虑调节器各参数实际值与刻度值之间的转换关系。,带*的量为调节器参数的实际值，不带*的为参数的刻度值。F称为相互干扰系数。,调节器处于P、PI
11、和PD工作状态时，F=1，调节器的实际值和刻度值相等。但当处于PID工作方式时，F1，必须由它的实际值计算调节器参数的刻度值。,4.3控制器参数整定广义被控对象和等效调节器问题,例：某温度控制系统采用PI控制器。在调节阀扰动量u=20%时，测得温度控制通道阶跃响应曲线特性参数：稳定时温度变化=60C，时间常数T=300s，纯滞后=10s。温度变速器量程为0100C，且温度变速器和调节器均为DDZ-III型仪表。求调节器、Ti的刻度值。,按Z-N公式：,解：先求得对象的参数为：,4.3控制器参数整定广义被控对象和等效调节器问题,因为调节器为PI工作方式，参数的实际值就是它的刻度值。,4.3控制器参数整定广义被控对象和等效调节器问题,
