PID 參數整定方法及分析

李俊卿 許新軍

（河南煤化集團煤氣化公司 義馬氣化廠電儀分廠，河南 義馬 472300）

化工生產過程，往往是在密閉的容器和設備中，多屬于高溫高壓。此外，不少介質還具直接傷害人體的化學性質。為了響應“以人為本”的號召，使化工生產正常地、高效地進行，就必須把各項工藝參數維持在某一最佳范圍之內，并盡量使生產過程自動化， 這些都依賴于控制回路的自動化控制。 以emerson deltav 系統為例討論PID 參數整定方法。

（1）修改PID 參數需administrator 權限，普通操作員沒有修改權限。

（2） 點擊要修改MOUDLE 的Detail 選型， 里面有如下參數，gain、reset、rate，分別對應PID 參數中的P、I、D。

（3）PID 參數代表的含義。gain：標稱比例（乘法器）增益值，默認值為0.5；reset：積分動作時間常數，默認值為10，單位為秒，0.0 代表沒有積分作用；rate：微分作用時間常數時間，默認值為0，單位為秒，0.0 代表沒有微分作用。

1 PID 參數的作用

增大比例增益，將加快系統的響應，一出現偏差，調節器立即將偏差放大輸出， 但比例過大會使系統產生大的超調，產生振蕩，穩定性變差；增大積分，有利于減小超調，使振蕩變小，系統的穩定性增加，但消除靜差時間變長；增大微分，有利于加快系統的響應速度，使超調量減小，穩定性增加，但抑制擾動的能力消弱。

2 PID 調節的作用

當PV＞SP 時,PID 輸出需變大時就選正作用，當PV＞SP 時，PID 輸出需變小時就選反作用。 在DELTAV 系統中正反作用的選擇為PID_CONTROL_OPTS 中的Direct Acting 打√為正作用，不打√即為反作用。

3 控制規律的選擇

純比例控制：適用于控制通道滯后較小，負荷變化不大，允許被控變量可在一定范圍內變化；比例積分控制：適用于滯后較小，負荷變化不大，被控量不允許有余差的控制系統；比例積分微分控制：適用于負荷變化大，容量滯后較大，控制質量要求又高的系統，如化工生產中的溫度控制系統。

4 PID 參數整定的方法

理論計算整定法和工程整定方法。 工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。 但是在實際生產中經驗試湊法最為實用。 在整定參數時，認真觀察系統響應情況，根據系統的響應情況來調整參數。通過查看PV 值的趨勢曲線，使衰減曲線最好是4∶1，即前一個峰值與后一個峰值的比值為4∶1 為最好。

經驗值：即憑借以往的工作經驗，如對設備的了解，對系統構成及運行特征的了解，對過去使用參數的了解初步給出一組PID 參數， 或者可以在控制系統默認PID 參數的基礎上，把調節系統投入自動，分析研究調節過程曲線，修改PID 參數，再如此反復，直至找出一組合適的PID 參數為止。 前提是要有經驗和耐心，不要機械的照搬過去調節系統的PID 參數，要考慮到變送器的范圍選型， 控制設備的種類特征，DCS 系統的特點等等多項因素，然后再去進行試驗，但是不管怎樣整定，在整定時都不能讓系統出現發散振蕩，一旦出現發散振蕩，必須立即切為手動，等系統穩定后減小比例、增大積分時間或減小微分時間，重新切自動控制。

PID 參數湊試法的步驟：（1）對純比例控制器，將比例先設置較小的數值，然后逐漸增大，觀察PV 值的過渡過程曲線，直到曲線滿意為止；（2）對比例積分控制器，先置積分時間為0，按純比例作用整定比例使之盡量達到4∶1 衰減曲線； 然后將比例縮小（10～20%），將積分時間由大到小逐步加入，直到獲得4∶1衰減過程；（3）對PID 控制器，先置微分時間為0；按PI 作用湊試程序整定比例和積分參數，然后將比例增大到比原值大（10～20%）位置，積分時間也適當減小之后，再把微分由小到大逐步加入，觀察變化曲線，直到獲得滿意的過渡過程。

在PID 參數的整定過程中， 也可以參考系統中同類控制變量，比如同為液位控制，可以參考在系統中自動投用比較好的控制回路中的PID 參數，根據具體情況適當修正。

串極控制回路整定： 串極控制回路的整定一般采取兩步法，即先整定副回路，待副回路相對穩定后再整定主回路；對副回路的整定要求響應速度快，且調節穩定，在此基礎上整定主回路參數。 如果在整定過程中出現“共振”，只需同時減小主、副控制器的比例度就可以消除，如共振過于劇烈，可先切換到手動，待被控量穩定后，重新投自動整定。

5 注意事項

PID 參數整定前要首先要檢查現場測量儀表和執行元件，保證現場儀表是正常顯示和可靠的，且手動控制狀態下測量參數應該能穩定控制在某個需要的參數上的；按經驗值設定比例參數，暫時關掉積分調節，注意PID 的正反作用一定要正確；在整定參數時要一定要保證工藝穩定，當影響到產品質量和工藝參數時要立即切到手動控制，待工藝生產穩定后再投自動整定PID 參數；如果是串級、比例控制回路，要一個回路一個回路的整定，還要注意先內環后外環的原則；在手動切到自動的時候，要保證SP 與PV 值一致，以達到無擾切換，一般在PID 參數選項中均應選擇在手動模式時SP 跟蹤PV，DELTAV 中為Track in manual。

6 結語

衡量自動化生產中一個自動控制系統的好壞就是看能否達到靈、準、穩的控制目標。 然而,一個自動控制系統是一個整體，它包含有系統設計，現場儀表的調校，調節閥的設計選型、線性特性等，PID 調節參數的整定只能在一定范圍內改善系統的調節品質,如果系統設計不合理,現場設備不達標,僅靠改變調節器參數也無濟于事。 有時不同的PID 參數均能滿足工藝控制參數的控制要求，但是對整個控制回路輸出響應及調節頻度幅度變化較大，這時就必須認真考慮選擇合適的參數以達到調節對象穩定、系統節能、盡量減少閥門頻繁大幅度開關，延長設備使用壽命。

[1]王森，晁禹，艾紅.儀表工試題集.控制儀表分冊.化學工業出版社

[2]《工業過程控制工程》.化學工業出版社