PID参数调节原理和整定方法(CS3000)_图文_百度文库
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PID参数调节原理和整定方法(CS3000)
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实验一、单容水箱液位PID整定实验
一、实验目的
1、 通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
2、 分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。
3、 定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。
二、实验设备
AE2000A型过程控制实验装置、JX-300X DCS控制系统、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、网线1根、24芯通讯电缆1根。
三、实验原理
图2-15为单回路水箱液位控制系统
单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用SUPCON JX-300X DCS控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。
一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图2-16中的曲线①、②、③所示。
P、PI和PID调节的阶跃响应曲线
四、实验内容和步骤
1、 设备的检查和连接
1). 关闭排水阀门，检查AE2000A型过程控制对象的储水箱水位是否达到总高度的50％
以上，如不够，灌水。
2). 打开以循环泵为动力的支路至上水箱的所有阀门，关闭动力支路上通往其它对象的
切换阀门。
3). 打开上水箱泄水阀，开至适当的开度。
4). 检查电源开关是否关闭。
2、 系统连线如图2-17所示：
DCS接线端子排
（I/O航空插座接线端子）
单容水箱液位PID参数整定控制系统接线图
1). 将24芯通讯电缆I/O线，按图2-17的连法，接到对应的DCS接线端子排上。
将24芯通讯电缆H-1端即上水箱液位+（正极）接到DCS接线端子排的5-E端（即SP313电流信号输入板的正极），将24芯通讯电缆H-4端上水箱液位－（负极）接到DCS接线端子排的5-F端（即SP313电流信号输入板的负极）。
将DCS接线端子排的6-G端（即SP322模拟信号输出板的正极），接至24芯通讯电缆H-19端即调节阀的2~10V输入端的+端（即正极），DCS接线端子排的6-H端（即SP322模拟信号输出板的负极），接至24芯通讯电缆H-20端即调节阀的2~10V输入端的-端（即负极），并且在DCS接线端子排的6-G端和6-H端间连接一500Ω电阻。
2). 用网线将上位机与DCS连接起来。
3). 电源控制板上的电源空气开关、单相泵电源开关打在关的位置。
3、 启动DCS
1). 将DCS控制柜的电源插头接到220V的单相交流电源。
2). 打开DCS控制柜后的两个空气开关，给控制柜散热风扇、交换机和系统电源供电。
3). 打开DCS控制柜前的两个电源开关，启动DCS系统。
4、 启动实验装置
1).将实验装置电源插头接到220V的单相交流电源。
2).将电源控制板上的“漏电保护开关”打开。
3).打开“电源总开关”, 给实验装置和控制柜供电。
4).打开“单向泵”开关, 给循环泵供电。
5).打开“调节阀”开关, 给电动调节阀供电。
6).开启“24VDC电源”开关，给信号检测仪表供电。
5、 比例调节控制
1). 启动“AdvanTrol-Pro实时监控”软件，进入实验系统选择相应的实验，如图1所示：
AdvanTrol-Pro“实时监控―流程图”画面
2). 点击“液位控制”下方数字（文本框），弹出“显示仪表（回路）”窗口。
点击“4#单回路”按钮，进入“AdvanTrol-Pro实时监控软件―调整画面”如图2所示。
图2 AdvanTrol-Pro实时监控软件―调整画面
注：图2中设定值10cm，比例系数40，积分时间0.66分，微分时间3秒，泄水阀半开。 或设定值10cm，比例系数20，积分时间0.33分，微分时间3秒，泄水阀全开。
3). 设定给定值，按表1逐一调整比例度（P）。
4). 待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设
定值实现）。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差。
5). 按表1逐一调整比例度（P），重复步骤3，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。
6). 继续减小比例度重复步骤3，观察过渡过程曲线，直到出现等幅震荡，并记临界比例
度和临界振荡周期值。
7). 选择合适的比例系数(K)，可以得到较满意的过渡过程曲线。改变设定值，同样可以
得到一条过渡过程曲线。P=(1/K)x100%
8). 注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。
当设定值SV=10cm时，
6、 比例积分调节器（PI）控制
1). 在比例调节实验的基础上，加入积分作用，即在界面上设置积分时间（Ti）不为0，
观察被控制量是否能回到设定值，以验证PI控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。
2). 选择合适的K和Ti
值(P=60%,Ti=0.66分)，使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一
条较满意的过渡过程曲线。此曲线可通过改变设定值（如设定值变化20%,SV由10cm变到12cm）来获得。
7、 比例积分微分调节（PID）控制
1). 在PI调节器控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，即把软件界面上设置微分
时间（Td）参数，然后加上与前面实验幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线，并与PI控制下的曲线相比较，由此可看到微分时间（Td）对系统性能的影响。
2). 选择合适的K、Ti和Td，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线（阶跃输
入可由给定值突变20%来实现）。
3). 在历史曲线中选择一条较满意的过渡过程曲线进行记录。
8、 用临界比例度法整定调节器的参数
在实现应用中，PID调节器的参数常用下述实验的方法来确定。用临界比例度法去整定PID调节器的参数是既方便又实用的。它的具体做法是：
1). 在只有比例调节作用下（将积分时间放到最大，微分时间放到最小），先把比例系数
K放在较小值上，然后逐步增加调节器的比例系数，并且每当增加一次比例系数，待被调量回复到平衡状态后，再手动给系统施加一个5%~15%的阶跃扰动，观察被调量变化的动态过程。若被调量为衰减的振荡曲线，则应继续增加比例系数，直到输出响应曲线呈现等幅振荡为止。如果响应曲线出现发散振荡，则表示比例系数调节得过大，应适当减少，使之出现等幅振荡。图2-19为它的实验方块图。
具有比例调节器的闭环系统
2). 在图2-20系统中，当被调量作等幅荡时，此时的比例系数K就是临界比例系数，用
Km表示之，此时的临界比例度为δk，δk＝1/Km，相应的振荡周期就是临界周期Tm。PID参数整定快速入门（调节器参数整定方法）
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PID参数整定快速入门（调节器参数整定方法）
PID参数整定快速入门（调节器参数整定方法）
参数整定方法很多，常见的工程整定方法有临界比例度法、衰减曲线法和经验法。云润仪表以图文形式分别介绍调节器参数整定方法。
临界比例度法一个调节系统，在阶跃干扰作用下，出现既不发散也不衰减的等幅震荡过程，此过程成为等幅振荡过程，如下图所示。此时调节器的比例度为临界比例度δk，被调参数的工作周期为为临界周期Tk。
临界比例度法整定PID参数步骤1、将调节器积分时间设定为无穷大、微分时间设定为零（即Ti＝∞，Td＝0），比例度适当取值，调节系统按纯比例作用投入。稳定后，适当减小比例度，在外界干扰作用下，观察过程变化情况，寻取系统等幅振荡临界状态，得到临界参数。2、根据临界比例度δk和为临界周期Tk，按下表计算出调节器参数整定值&&&&&&&&&&&&& & 临界比例度法PID参数整定经验公式
调节器参数
比例度δ，单位：％
积分时间Ti，单位：min
微分时间Td，单位：min
3、将计算所得的调节器参数输入调节器后再次运行调节系统，观察过程变化情况。多数情况下系统均能稳定运行状态，如果还未达到理想控制状态，进需要对参数微调即可。衰减曲线法衰减曲线法整定调节器参数通常会按照4：1和10：1两种衰减方式进行，两种方法操作步骤相同，但分别适用于不同工况的调节器参数整定。4：1衰减曲线法整定调节器参数纯比例度作用下的自动调节系统，在比例度逐渐减小时，出现4：1衰减振荡过程，此时比例度为4：1衰减比例度δs，两个相邻同向波峰之间的距离为4:1衰减操作周期TS，如下图所示4：1衰减曲线法整定PID参数步骤如下：1、将调节器积分时间设定为无穷大、微分时间设定为零（即Ti＝∞，Td＝0），比例度适当取值，调节系统按纯比例作用投入。系统稳定后，逐步减小比例度，根据工艺操作的许可程度加2％-3％的干扰，观察调节过程变化情况，直到调节过程变化达到规定的4：1衰减比为止，得到4：1衰减情况下的比例度δs和衰减操作周期TS。
2、根据δs和Ts值按以下公式计算出调节器整定参数&&&&&&&&&&& && 4：1衰减曲线法PID参数整定经验公式
调节器参数
比例度δ，单位：％
积分时间Ti，单位：min
微分时间Td，单位：min
3、将比例度放在比计算值略大的数值上，逐步引入积分和微分作用。4、将比例度降至计算值上，观察运行，适当调整。10：1衰减曲线法整定调节器参数在部分调节系统中，由于采用4：1衰减比仍嫌振荡比较厉害，则可采用10：1的衰减过程，如下图所示。这种情况下由于衰减太快，要测量操作周期比较困难，但可测取从施加干扰开始至第一个波峰飞升时间Tr。10：1衰减曲线法整定调节参数步骤和4：1衰减曲线法完全一致，仅采用的整定参数和经验公式不同。&&&&&&&&&&&&&&&& &10：1衰减曲线法PID参数整定经验公式
调节器参数
比例度δ，单位：％
积分时间Ti，单位：min
微分时间Td，单位：min
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& 凯隆WKQ系列智能相控温度控制器，主电路采用了高度集成、国际发明的高科技专利产品“大功率智能集成移相晶闸管模块”，配以先进的微电脑控制技术、PID温度调节控制系统、高精度传感器反馈系统、辅助电源系统、冷却散热系统等优化组合而成。
& 本系列智能温度控制器是专为需要温度调控的工作场所而研制的温控器换代产品，是目前加热领域先进可靠的高技术控温系统，具有控制精度高，可靠性能好，安装维护方便，抗干扰能力强等优点。本产品技术先进独特、性能优越稳定。运用智能动态调整技术，通过数字、模拟闭环反馈、微电脑处理器自动控制晶闸管智能模块的输出，使输出电压和电流连续无级可调，避免了通断式温控器对硅钼棒、硅碳棒等类型负载的冲击，实现对升温、恒温、降温等整个生产过程的运行和监控，操作人员只需将工艺程序设置好后，微电脑温控仪对整个生产过程自动进行实时监控，并将运行状态及各参数实时直观的显示在数码管显示屏上。并且在电网输入电压的变化和负载的不断变化之下，都能使输出产生自适应并调整到设定的温度值、电流和电压值，从而确保设定温度的控制精确和设备的安全，显著地提高了加热效率，保障了生产线的高效运转。
& 本系列产品具有功能完善、外形美观、人机界面新颖，能实时全面的显示各运行状态、功率因数高、节能等特点；自动化程度高，将自动检测、功能、时间设定、阶段自动转换循环等技术融于整个温控过程；控温方式科学合理，规格品种齐全，分台式、立式二种，输出可以具有单路、双路、多路等形式；适用于各种大、中、小容量真空炉、硅碳棒、硅钼棒、钨丝等加热器的控制，可广泛应用于塑料加工、纺织印染、橡胶成型、食品机械、化工行业、金属冶炼、陶瓷加工、石英冶炼、耐火材料生产等领域，以及用于无人值守的工作场所，是广大用户理想的选择。
& 凯隆WKQ系列智能相控温度控制器主要由交流调压或整流电路， PID高精度控温仪表，温度传感器、稳压、限压电路，稳流、限流保护电路，以及高亮度数码显示屏和辅助电源电路等优化组合而成。
& 电源采用三相或单相交流线性无级调压原理而工作, 三相电网（或单相）交流输入电压经电源开关进入温度控制器后，首先进入晶闸管智能模块进行交流调压或整流，得到输入电压1：1倍（单相为0.95倍）的交流电压，或整流后得到输入电压1：1.35倍（单相为0.9倍）的直流电压，提供给负载使用。通过PID高精度控温仪表面板参数设置，使设备按照设定好的工艺要求进行自动调节输出，提高了控温精度和设备的安全。
& 输出端分别接有电压、电流采样和显示，具有稳压、限流和稳流、限压和温度反馈环路，当设备正常运转时，稳压和限流电路起作用。当温度升高或下降时，取样热电偶传递过来的信号通过温控仪内部电路基准电压比较，其误差信号加到PID控制电路，使PID输出脉宽作相应变化，从而稳定的调整输出电压和电流，使温度保持在设定的范围内，如负载电流过高或不允许电流突然上升时，限流电路工作，使输出电流限制在限流设定值内，保护加热器件的安全，延长使用寿命。同样，在恒温状态下，PID调节仪控制稳流稳压电路作用，使输出电流及电压稳定在设定温度值内，而当过压时限压电路使输出电压钳压在限压值。当有异常情况（如输入过压或欠压，过流或过热等），产生保护信号加到保护控制电路时，保护电路输出一个电压加到PID电路，使PID电路停止输出，同时，点亮故障报警指示灯，引鸣报警器，从而达到保护设备的目的。
& 温度控制器控制系统的主要功能可由面板键盘设置完成。系统运行时，只要通过外扩的键盘电路输入控制参数信息(即工艺文件设置)，微电脑便可按照工艺文件的设置对温度控制器进行控制。在整个系统运行过程中，控制器通过信号检测电路监控运行过程中的温度和运行参数，并将这些信息实时的显示在数码管显示器上。当运行过程中遇到键盘操作、系统出现故障或者采集到的参数越限时，PID控温仪表将自动调整或报警，以上数据全数字显示，创建了完好的人机环境。
1. 温度控制器具有：电流显示、电压显示、温度显示、过流~、过热~、缺相保护指示~、声光报警~、温度传感器故障和接反指示等。
2. 采用多档电压输出技术，输出电压范围宽、功率因数高。电压、电流在额定范围内可连续无级调节。
3. 所有参数设置均采用温控仪面板键盘输入方式，直观明了。设置参数和控制参数采用密码锁定，防止误操作。
4. 自动控制~采用数字PID（比例P，积分I，微分D）调节控制，具有温度值修正、自适应，自整定，具有断电记忆功能。
5. 温度控制有手动、自动~、转换控制~功能。当自动系统出现故障时，可切换到手动控制功能，用手动电位器控制调整输出电压电流。
6. 控制输出电压、电流限制功能。温度上升速率可自由设定控制，可编制多条工艺曲线~，最多每条曲线可设置50段。
7.可在线设定或修改参数，无须暂停运行。
6.8.控制系统预留RS485或RS422等串行数据通讯端口~，以便能够远程集中控制。
6.9.可配带微型打印机，记录时间温度变化情况，打印周期可任意设置。可以方便以后增加存储~、打印~设置的工作参数、运行状态等，
注意：标有“*”的为选装功能，需要在订货时提出。
技术指标1、工作温度：-20～50℃；&&贮存温度：-40～70℃；2、相对湿度：≤90%(40±2℃)；&大气压力：(70～106)kPa；&&&&&&&&&&&3、输入电压：AC180V～660V，频率：50Hz&（订货时说明）
4、测量范围：K(0～1200℃)、S(0～1600℃)、B(300～1700℃)、E(0～600℃)、Pt100(0～500℃)5、测量精度：0.2%FS±1d6、效率：≥92%,功率因数: ≥0.857、整机过热保护阈值：80～85℃&8、保护：&&&输入过压、欠压；输出过压、过流、短路；整机过热9、绝缘电阻:&&&&&& ≥20MΩ10、输入对机壳耐压&≥AC1500V&输入对输出耐压 ≥AC1500V,&输出对机壳耐压 ≥AC500V&11、平均无故障时间&≥50000h12、冷却方式：风冷
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