仪表实验参数整定步骤.docx

控制器参数整定一、控制器的参数调节在进行 PID 三个参数同时控制时，一般是先进行衰减或临界比例度法，得到衰减比例 度（临界比例度）和衰减周期（临界周期），然后利用“经验”计算出相应参数的大小，最 后将这三个计算出的参数直接拿来，输入到控制器中，进行参数整定但是在参数整定过程中发现，往往这个“经验”是准确的，经过“经验”计算出的参数 加入到控制器中后，施加干扰后系统经常会出现等幅或发散振荡因此这时只能依靠自己的 “经验”进行“看曲线、调参数”如果出现上述系统不稳定现象，我们一般采用两步法进行参数整定： 1、参数粗调节，让系统稳定：当前系统的等幅或发散振荡，所以第一步是调节参数，在没有施加干扰的情况下让系统 自身稳定下来2、最佳参数整定： 第二步和平时的参数整定过程基本相同，就调节参数后施加干扰，然后根据系统的曲线 振荡情况来修改参数，然后再进行参数调节施加干扰，就这样重复，最后得到一个比较满意 的系统衰减曲线（衰减比为 4:1）但在整定过程中，特别是第一步很多同学不知道如何根据曲线来进行调节参数下面就第一 步进行总结如下：（看曲线，调参数）1、注意给定值曲线； 比例控制主要是用来进行系统的衰减比调节的，根据经验比例度一般是设置小于 80%。

比例度的在调节中每次改变的调节量：在比例度大幅度“粗调”调节时，一般一次调节量为 10~20%，但比例度比较小时（如 10~20%时），系统小幅度“细调”则调节量应在百分之几 调节；积分控制主要是用来消除系统的余差，根据经验积分时间一般在十几秒至 1分钟，所以 在开始积分时间的“粗调”调节时调节量一般为5 秒，但在积分时间很小时（如15秒），系 统“细调”则调节量应控制在 2 秒左右；根据经验微分调节时，一般积分时间与微分时间之比控制在 4左右；另外微分时间调节 量一般是在 1 秒左右，不宜过大；特别提示：如果在调节过程中，发现积分时间比较合适，同时积分时间与微分时间之 比很合适时，首先是将比例度调节到较大数值（80%左右），如果此时系统的稳定性还是很 差，衰减比很小，这种情况下只能将积分时间适当放大，微分时间适当减小，即将积分时 间与微分时间之比放大，然后在调节比例度2、观察测量曲线的变化情况：（1）第一类情况：第 1 情况，测量曲线在给定值上下侧变化，基本说明积分时间暂时比较合适；可以调节比例 度，让系统稳定下来即增大比例度，让曲线的衰减比增大第 2 情况，测量曲线在给定值单侧变化，基本说明积分控制作用太弱，系统存在有余差；所 以可以将积分时间减小，但是积分控制作用加强后，可以消除余差，但积分会让系统的稳定 性下降，衰减比减小，因此要同时减弱点比例控制作用，增大比例度，让系统的稳定性增加， 衰减比增大。

图2第 1 情况，是积分时间明显偏大，所以要减小积分时间，但同时要适当增大比例度，用来保 证系统的衰减比；第 2 情况，衰减比比较合适，但是系统振荡次数较多序号控制规律第1峰高时间第2峰高时间周期§/%TI/秒1PI0:34:560:35:420:00:4620202PI0:01:240:02:420:01:1830153P0:24:580:25:400:00:4273000上述表格中三组数据分别是： 第一行：比例度过小造成系统出现多次振荡； 第二行：积分时间过小造成系统出现多次振荡； 第三行：纯比例临界状态等幅振荡情况； 从上述三种情况可以基本得出下列分析过程和结论：在 PI 调节过程中，因比例度和微分时间过小都将引起系统振荡，并会出现在调节过程 中出现，衰减比达到 4，同时也没有余差，但是曲线出现衰减振荡多次才能稳定下来，基本 是出现4~6 次以上振荡，而不是通常两次振荡就稳定的控制质量但是这种现象到底是比例 度还是积分时间过小而引起的？解决的办法一般是能得到纯比例控制的等幅振荡，即临界状态时的临界周期；然后将前 面多次振荡的曲线的周期进行对比如果临界周期与其周期相接近或临界周期较小一点，则 说明是比例度过小造成的（当然其中也有积分作用，增加了积分控制曲线的周期也将明显加 大，所以不同的积分时间下，不同比例度时系统振荡的周期不同，积分时间小的周期不比积 分大的周期长），如果其周期超过临界周期接近一倍时，则说明是积分时间过小造成的。

因此出现这样一个问题：如果系统的衰减比比较合适，但周期较长，将如何控制器调节 参数？一般在 PI 调节中只能增大积分时间（缩短周期、增大衰减比、减小超调量、增大余 差），减小比例度（缩短周期、减小衰减比、减小超调量、减小余差），这样积分和比例两同 时相反调节，在保证衰减比的基础上，缩短了系统控制周期第二步参数整定过程中，主要是先确定了积分时间和微分时间，最后是通过比例度来调 节系统的衰减比二、干扰的强弱分析： 在纯比例度参数调节过程中，有的同学在实验过程中发现将给定值从 55设置成50时， 系统的衰减比刚好达到 4 左右，可是将给定值反过来设置，即50设置为 55时，在同样的参 数情况下系统的衰减比则变的很小，有时系统还会“等幅”或“发散”振荡，这是什么原因 呢？1、给定值干扰强度不同： （1）给定值从55设置成50时，干扰的强弱是改变量占原来量的比值，即 5/55=1/11； （2）给定值从50设置成55时，干扰的强弱是改变量占原来量的比值，即 5/50=1/10； 所以是第一种的干扰弱，而第二种弱，从而造成系统的稳定性下降2、偏差干扰强弱不同： 首先我们一定要建立自控系统的参数整定干扰条件和自控系统的抗干扰能力之间的关 系，就是在我们在参数整定时人为的施加干扰的大小，一般是系统变量当前值的 5%，最多 高一般是 10%，在这种参数整定的条件下，系统通过自己的调节能将这种强度的干扰给“消 灭”掉，此时系统已经出现衰减比是 4的振荡，干扰再强系统将会出现衰减比继续下降，系 统稳定性也随之继续下降，系统可能出现“等幅振荡过程”。

因此我们得出结论是参数整定 时的干扰条件就自控系统的抗干扰能力的极限上图纯比例度参数调节过程，已知\p=Ke ,即在相同的参数条件下，不同的偏差e （干 扰强度）将产生不同大小的控制作用在图中我们发现SP从55调整为50时，偏差e 较小（红色线段），系统稳定的很快，且衰减比较大，说明此时的干扰强度小；SP从50调 整为55时，偏差e较大（红色线段），系统稳定的较慢，且衰减比较小，说明此时的干扰强 度小给定值虽然只改变了 5，但它对系统产生的干扰强度是完全不同的，系统抗干扰的能力 是有控制器参数决定的，相同的参数不同的干扰，结果是系统的稳定性相差很大从上述的分析得出的结论可以用来分析串级控制系统副控制器参数整定中，施加干扰 是直接修改副控制器的给定值还是调整主控制器的给定值来实现的呢？ 如果是改变副控制器的给定值来施加干扰，这时副控制器的抗干扰能力一般是在施加 干扰条件范围内，一旦干扰强度超过了在参数整定时的干扰条件范围内，副控制器就不能起 到稳定系统的作用特别是串级控制系统中副控制器的给定值是主控制器的输出，且副控制 系统是随动控制系统，说明副控制器给定值的变化范围将会很宽的所以在副控制器的参数 整定时是通过改变主控制器的给定值来施加干扰的，这样确定了主控制器的给定值的变化， 即确定了施加干扰的条件范围内，这时主控制器的输出范围将是副控制器干扰的最大强度， 从而副控制器在此条件下能起到稳定系统的作用。

三、串级系统参数调节（一）副控制器不同对主控制器参数调节的影响 在串级控制系统的主控制器参数调节时，发现两个串级系统主控制器的参数相同时，系 统的稳定性相差很大原因是它们的副控制器的参数相关较大在对象特性中，对象稳定性高（即对象的滞后较小、时间常数较大和静态放大倍数较小） 时，可以将控制器的比例度减小，以便提高系统的灵敏度副控制器的比例度调节的比较小时，说明副控制回路的灵敏度较高，相当于对象的 稳定性较低，此时应将主控制器的比例度适当的调高，来保证系统整体的灵敏度和稳定性 从而进一步说明副控制器的参数不同相当于改变了对象的特性，控制器的参数大小都是根据 对象的特性来进行调节的二）主控制器参数调节——纯比例控制 在这处我们重点强调——比例控制是“粗调”在实验五的主控制器纯比例参数调节过 程中，会出现系统的稳定时间很长，且在很长一段时间内主变量是在不断变化的，并在慢慢 趋向给定值，所以在测量过程中何时确定稳定值就是问题所以在此我们要强调比例控制是 “粗调”，而积分控制是“细调”作用建立在比例控制是“粗调”的基础上，在纯比例参数调节过程中，首先确定衰减比是 由第 1、2 波峰和最后稳定值大小共同确定的。

在第 1、2 峰已经确定的前提下，可以在一定 范围内选择一个主变量的稳定值，让衰减比接近 4原因是比例调节是有余差的，且余差大 小比例控制是无法保证的，因此比例控制最后的稳定值大小是无法预测的（负荷或干扰越大， 则比例控制的余差越大），即稳定值可以根据曲线（基本要求是系统两次振荡）自行确定的 建立积分控制是“细调”的基础上，在积分控制时应重点观察系统的余差大小，因为积分作 用主要是“细调”消除系统余差的三）串级控制系统的中变量变化曲线 在副控制器参数调节过程中，我们发现副变量的变化曲线的周期是比较稳定的，因为副 控制器参数调节过程基本与简单控制系统的参数整定相同在调节过程中对象的特性没有发 生变化主控制器的参数调节过程中，我们发现主变量的变化曲线的周期开始比较大、最大偏差 也很大，但是在振荡两次后曲线的周期和偏差明显差小因为这主要是副控制器的作用，副 控制回路具有“超前”调节作用，“超前”控制能提高控制质量的作用（减小周期、最大偏 差、超调量、周期和余差）但是副控制器的比例度大小不同，副回路的“超前”控制能力 大小也不，这将直接反应在主变量曲线的变化上，“超前”控制能力越强，结果发现曲线在 振荡两次收敛的速度和大小最很快的，但也应注意副控制器比例度特别小时，主控制器的参 数都将调节的很大，有时即使比例度和积分时间很系统也会振荡发散。

项本平2011.11。