控制规律 P PI
PID
Kc 0.5Kcr 0.45Kcr 0.6Kcr
Ti
0.83Tcr 0.5Tcr
Td 0.12Tcr
2021/2/13
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单回路PID参数整定仿真举例
SimuLink仿真程序参见..\PIDControl\PIDLoop.mdl）
2021/2/13
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工程整定法3-响应曲线法*
Kc = 0.8, Ti = 14 min, Td = 3.5 min.
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响应曲线法举例（续）
2021/2/13
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对于无显著纯滞后的自衡对象 PID参数整定法（1/4准则）*
特点：适合于纯滞后不显著的自衡对象，而且广义对 象的阶跃响应为 “S” 型曲线。
初始整定参数： 1 4K p* 1% 0T I 0 ,1 4* T s,T D1 4* T I
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工业PID控制器的选择
被控参数 控制器 备注 温度/成分 PID *1 流量/压力 PI 液位/料位 P
*1：当工业对象具 有较大的滞后时， 可引入微分作用； 但如果测量噪声较 大，则应先对测量 信号进行一阶或平 均滤波。
讨论：
选择原则分析。
2021/2/13
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[ymin, ymax]为CV的测量范围； [umin, umax]为MV的变化范围，对于 t 阀位开度通常用0~100%表示。
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Ziegler-Nichols参数整定法*
特点：适合于存在明显纯滞后的自衡对象，而且广义 对象的阶跃响应曲线可用“一阶+纯滞后”来近似。
整定公式：
控制规律
工程整定法2-临界比例度法
步骤：（1）先将切除PID控制器中的积分与微分作用，取 比例增益KC较小值，并投入闭环运行；
（2）将KC由小到大变化，对应于某一KC值作小幅度的设 定值阶跃响应，直至产生等幅振荡；
（3）设等幅振荡时振荡周期为Tcr、控制器增益Kcr ，再 根据控制器类型选择以下PID参数。
PID控制器的 参数整定与应用问题
戴连奎 浙江大学智能系统与决策研究所
2021/2/13
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上一讲内容回顾
讨论仿真系统SimuLink的使用方法; 介绍了单回路控制器“正反作用”的选
择原则； 描述了单回路系统的常用性能指标； 通过仿真讨论了PID控制律的意义及与
控制性能的关系。
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引入积分作用的目的是什么，为什么引入积分 作用会降低闭环控制系统的稳定性？
引入微分作用的目的是什么，为什么实际工业 过程中应用并不多？
2021/2/13
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本讲基本要求
了解PID控制规律的选取原则, 掌握单回路PID控制器的参数整定方法, 了解PID控制器的“防积分饱和”与
“无扰动切换”技术, 了解PID参数的自整定方法。
PID工程整定法1-经验法
针对被控变量类型的不同，选择不同的 PID参数初始值，投运后再作调整。尽管简单， 但即使对于同一类型的被控变量，如温度系统， 其控制通道的动态特性差别可能很大，因而经 验法属最为“粗糙”的整定法。 （具体整定参数原则见 p.65 表5.3-1）
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KC
TI
TD
P PI PID
1 Tp
Kp
0.9 1 T p Kp
1 .2 1 T p
Kp
3.3 2.0
0.5
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响应曲线法举例
SimuLink仿真程序 参见..\PIDControl \PIDLoop.mdl） 假设测量范围为200 ~ 400 ℃, K = 1.75, T = 10 min, τ = 7 min.
2021/2/13
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单回路系统的“积分饱和”问题
ysp(t)
＋ －
K
C
ççèæ1
1 TI s
÷÷øö
u
d(t)
v
广义
＋ ＋
对象
y(t)
问题：当存在大的外部扰动时，很有可能出现控制阀调 节能力不够的情况，即使控制阀全开或全关，仍ID参数对控制性能的影响
控制器增益 Kc或比例度δ
增用益增强Kc，的但增稳大定（性或下比降例；度δ下降），使系统的调节作
积分时间Ti
积力分加作强用，的但增控强 制（系即统的Ti 下稳降定）性，下使降系；统消除余差的能
微分时间Td
微强分，作稳用定增性强得（ 到即加强Td ，增但大对）高，频可噪使声系起统放的大超作前用作，用主增 要适合于特性滞后较大的广义对象，如温度对象等。
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“广义对象”动态特性的 阶跃响应测试法*
典型自衡工业对象 的阶跃响应
u(t)
u1
u0
0
y(t)
y1
p y0
τT
T0
T1 T2
T3
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▪ 对象的近似模型：
y(s) K es u(s) Ts1
对应参数见左图，而增益为：
t
K y1y0
u1u0
ymaxymin umaxumin
Ts 为对象开环阶跃响应的过渡过程时间。 参数调整：将上述PID控制器投入“Auto” （自动）方
式，并适当改变控制回路的设定值，观察控制系统跟 踪性能。若响应过慢且无超调，则适当加大KC，例如 增大到原来的两倍；反之，则减小KC值。
2021/2/13
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响应曲线1/4准则法举例
SimuLink 仿真程 序参见 ..\ PIDControl \ PIDLoop.mdl
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控制器的“正反作用”选择
进料 Rf
Tm T
出料
Tsp
TC
u
燃料
问题:
(1) 如何选择控制阀的 “气开气关”？
(2) 如何选择温度控制 器的正反作用，以 使闭环系统为负反 馈系统？
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PID控制器的物理意义讨论
对于一般的自衡过程，当设定值或扰动发生阶 路变化时，为什么采用纯比例控制器会存在稳 态余差？
临界比例度法的局限性：
生产过程有时不允许出现等幅振荡，或者无法产生正 常操作范围内的等幅振荡。
响应曲线法PID参数整定步骤：
（1）在手动状态下，改变控制器输出（通常采用阶跃 变化），记录被控变量的响应曲线；
（2）由开环响应曲线获得单位阶跃响应曲线，并求取 “广义对象”的近似模型与模型参数；
（3）根据控制器类型与对象模型，选择PID参数并投 入闭环运行。在运行过程中，可对增益作调整。