第八讲
过程控制系统
经验整定法（1）
• 先用单纯的比例（P）作用，即寻找合适的比例度， 将人为加入干扰后的过渡过程调整为的衰减振荡过程 。
• 然后再加入积分（I）作用，一般先取积分时间为衰 减振荡周期的一半左右。由于积分作用将使振荡加剧 ，在加入积分作用之前，要先减弱比例作用，通常把 比例度增大。调整积分时间的大小，直到出现的衰减 振荡。
KcK
1.35(
T
) 1
0.27
TI T
2.5( ) 0.5( )2

T
T
1 0.6( )
T
TD T
0.37( )

1
T
0.2(
)
第八讲
T
其中：K、T、τ为对象 动态特性参数
过程控制系统
⑷ 反应曲线法
随着仿真技术的发展，又提出了以各种误差积分值为
系统性能指标的调节器最佳参数整定公式，如下表所
装就绪的控制系统，选择合适的控制器参数
（ (Kc )
， Ti
Td
， ），来改善系统的
静态和动态特性，使系统的过渡过程达到最
为满意的质量指标要求。
第八讲
过程控制系统
4.3 简单控制系统的参数整定
• 简单控制系统是由对象和调节器构成的，
其控制质量的决定性因素是被控对象的动 态特性，与此相比其它都是次要的。
• 当系统安装好以后，系统能否在最佳状态 下工作，主要取决于调节器各参数的设置 是否得当。
第八讲
过程控制系统
注意：控制系统的整定是一个很重要的工作，
但它只能在一定范围内起作用，决不能误认为 调节器参数的整定是“万能”的。
比如：如果设计方案不合理、仪表选择不当、
安装质量不高、被控对象特性不好……，要想 通过调节器参数的整定来满足工艺生产要求也 是不可能的。
过程控制系统
临界比例度法整定步骤 f
• ① 将控制器的积分时间放在最
大 放值在（最小T值i （
Td
），微分时间 0 ），比例
度 放在较大值后，让系统
投入运行。
t
• ② 逐渐减小比例度，且每改变 y
一次 ，都通过改变设定值给系
统施加一个阶跃干扰，同时观察
系统的输出，直到过渡过程出现
Tks
值，直到过渡过程满足要求。 Tks
第八讲
0
t
过程控制系统
⑵ 临界比例度法
表4-4 临界比例度法控制器参数计算表（衰减比）
控制规律 P PI
PID
δ （%） 2δk
2.2δk
1.7δk
TI （min）
TD （min）
0.85 Tk 0.5 Tk
0.125 Tk
第八讲
过程控制系统
• 临界比例度法应用时简单方便，但必须注意的是： –① 此方法在整定过程中必定出现等幅振荡，从而限制 了此法的使用场合。对于工艺上不允许出现等幅振荡的 系统，如锅炉水位控制系统就无法使用该方法；对于某 些时间常数较大的单容量对象，如液位对象或压力对象 ，在纯比例作用下是不会出现等幅振荡的，因此不能获 得临界振荡的数据，从而也无法使用该方法。 –② 使用该方法时，控制系统必需工作在线性区，否则 得到的持续振荡曲线可能是极限环，不能依据此时的数 据来计算整定参数。
第八讲
应采用的 控制规律
δ （%）
P
δs
PI
1.2δs
PID
0.8δ s
TI （min）
TD （min）
0.5 Ts 0.3 Ts
0.1 Ts
过程控制系统
注意：对于扰动频繁，过程进行较快的控
制系统，要准确地确定系统响应的衰减程 度比较困难，往往只能根据调节器输出摆 动次数加以判断。
事实上，对于4：1衰减过程，调节器输出
过程控制系统
第4章 简单控制系统
4.1 控制系统的组成 4.2 简单控制系统的设计 4.3 简单控制系统的参数整定 4.4 控制系统的投运 4.5 简单控制系统设计案例
第八讲
过程控制系统
4.3 简单控制系统的参数整定
• 4.3.1 控制器的参数整定若干原则
• 所谓参数整定，就是对于一个已经设计并安
0.902 0.985 1.411 0.917
ITAE
0.904 1.084
Z-N
0.900 1.000 3.333
IAE ISE
PI
0.984 0.986 1.644 1.305 0.959 2.033
ITAE
0.859 0.977 1.484
Z-N
1.200 1.000 2.000
IAE ISE
应来回摆动两次后稳定。摆动一次所需时 间即为Ts。
结论：这样测得的Ts和δs值，会给调节器参
数整定带来误差。
第八讲
过程控制系统
衰减曲线法也可以根据实际需要，在衰减比 为n=10：1的情况下进行：
注意：此时要以下图的
上升时间Tr为准，按表 给出的公式计算。
第八讲
过程控制系统
结论：以上的几种系统参数工程整定法有各自
PID
1.435 0.921 1.139 1.495 0.945 0.917
第八IT讲AE
1.357 0.947 1.176
D
1.000 0.707 0.739 0.680 1.000 0.749 0.771 0.738
E
0.500 0.482 0.560 0.381
F
1.000 1.137 1.006 0.995
所以：上述求得的调节器参数，需要针对
具体系统在实际运行过程中作在线校正。
第八讲
过程控制系统
稳定边界法的适用范围： 适用于许多过程控制系统；
对于锅炉水位控制那样的不允许进行稳 定边界试验的系统，或者某些时间常数较 大的单容对象，采用纯比例控制时系统本 质稳定。对于这些系统是无法用稳定边界 法进行参数整定的。
第八讲
过程控制系统
⑶ 衰减曲线法 与稳定边界法类似，不同的只是本法采用
某衰减比(通常为4：1或10：1）时设定值 扰动的衰减振荡试验数据，然后利用一些 经验公式，求取调节器相应的整定参数。
第八讲
过程控制系统
⑶ 衰减曲线法
• 在闭环系统中，先将积分时间 置于最大值，微分时间置于最 小值，比例时间置于较大值， 然后让设定值的变化作为干扰 输入，逐渐减小比例度值，观 察系统的输出响应曲线。按照 过渡过程的衰减情况改变比例 度值，直到系统出现的衰减振 荡，如图4-10所示。记下此时 的比例度和衰减振荡周期，然 后根据表4-5中相应的经验公式 ，求出控制器的整定参数。
示： 调节器动作规律：u(t)

KC [1
1 TI s

TD s]e(t )
第八讲
Kc K

A(
T
)B
整定公式：TTI
C( )D
T
TD T
E( )F
T
定值系统时公式中的常数按下表计算：
性能指标 调节规律 A B C
Z-N
1.000 1.000
IAE ISE
P
第八讲
过程控制系统
应当指出：由于被控对象特性的不同，按上
述经验公式求得的调节器参数不一定都能获 得满意的结果。 实践证明：对于无自平衡特性的对象，用
稳定边界法求得的调节器参数往往使系统 响应的衰减率偏大(ψ≥0.75);
第八讲
过程控制系统
实践证明：对于有自平衡特性的高阶等 容对象，用稳定边界法求得的调节器参 数往往使系统响应的衰减率大多偏小 (ψ<0.75);
所以：只有在系统设计合理、仪表选择得当和
安装正确条件下，调节器参数整定才有意义。
第八讲
过程控制系统
4.3 简单控制系统的参数整定
• 4.3.2 控制器参数的工程整定法 • 对于工程整定法，工程技术人员无需确
切知道对象的数学模型，无需具备理论 计算所必需的控制理论知识，就可以在 控制系统中直接进行整定，因而简单、 实用，在实际工程中被广泛使用。
等幅振荡为止，如图4-9所示。
此时的过渡过程称为临界振荡过
程。
0
t
第八讲
过程控制系统
临界比例度法整定步骤 f
• ③ 按表4-4中的相应公式，求 出控制器的各整定参数。
• ④ 将控制器的比例度换成整
定后的值，然后依次放上积分
t
时间和微分时间的整定值。如
果加入干扰后，过渡过程与衰 y
减还有一定差距，可适当调整
t
期，然后利用一些经验
y
公式，求取满足衰减振
荡过渡过程的控制器参
Tks
数。其整定计算公式如
表4-4所示。
0
t
第八讲
过程控制系统
⑵ 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，即临界比例带δcr和临界振 荡周期Tcr，利用一些经验公式，求取调 节器最佳参数值。
第八讲
• 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
第八讲费的时间较多。
过程控制系统
⑵ 临界比例度法 f
• 所谓临界比例度法，是
在系统闭环的情况下，
用纯比例控制的方法获
得临界振荡数据，即临
界比例度和临界振荡周
的优缺点和适用范围，要善于针对具体系统的 特点和生产要求，选择适当的整定方法。
注意：不管用哪种方法，所得调节器整定参数
都需要通过现场试验，反复调整，直到取得满 意的效果为止。
第八讲
过程控制系统
第八讲