淺析PID控制的調試方法

馬愛國 鄒廣坤 陳玲 劉艾明

1 中材建設有限公司（100176） 2 天津水泥工業設計研究院有限公司（300400）

淺析PID控制的調試方法

馬愛國1鄒廣坤1陳玲2劉艾明1

1 中材建設有限公司（100176） 2 天津水泥工業設計研究院有限公司（300400）

傳統的PID控制算法或控制器，廣泛的應用于民用和工業生產中。我司中材建設有限公司在承建的水泥項目中，也經常應用PID算法和控制器，對壓力和流量等工藝參數進行控制。實際應用中，針對不同控制和執行對象，選用合適的PID調試方法是很重要的。

PCS系統；PCS7；PID調試

1 典型的PID控制回路

我司根據最終用戶的要求，為水泥項目提供的PCS（Plant Control System）解決方案多基于Siemens PCS7、ABB800xA或Schneider UnityPro。這里選用Siemens PCS7的應用環境，淺析PID控制的調試方法。圖1是對PCS7中經典PID控制器的圖形描述。PCS7中還有一些經典的控制環節和一些高級控制器及高級控制理念，如線性控制環節、前后置反饋環節屬于基本的控制方式，又如模糊優化控制器屬于高級控制器同時還涵蓋了專家診斷的控制理念。

圖1 PCS7中經典PID控制器的圖形描述

比例常數P、積分常數I和微分常數D對控制趨勢的影響見表1。

表1 比例常數P、積分常數I和微分常數D對控制趨勢的影響

水泥生產線常用PID控制器的選擇見表2。

表2 水泥生產線常用PID控制器的選擇

2 PID調試的注意事項

根據這些年PID調試的經驗，我們得出了一些調試時需要注意的事項。

1）合適的時間（正常生產）。

2）不急于調試參數，要檢查對象存在的問題:①控制回路的四要素；②觀察干擾源；③觀察被控對象的波形；④記錄所有觀察到的和所做的修改。

3）讓操作員也參與進來,并留神所聽到的內容，可得到合理的設定值。

4）在調試前做好對被控對象（執行器）的保護。

5）不要僅局限于所調試的控制回路，還要兼顧大范圍內的工藝流程。

6）詢問工藝人員是否接受當前控制性能。

7）一個星期后再次確認控制回路性能。

同時，我們也總結出了一些調試時的小技巧:

1）根據工藝特性選擇合適的控制算法。

2）在大多數情況下不推薦使用Td參數。

3）要慎重對待有積分參與的控制回路。

4）死區也是關注的重點。

常用PID控制的數學模型：

比例P

5）按照減半或增倍的步驟修改時間值。

3 PID調試方法

如果傳統經驗法無法達到要求則必須改變控制策略和控制方式，這個時候，我們推薦下面兩種方法。

3.1 臨界比例度法

實施步驟如下:①先切除PID控制器中的積分與微分作用，取比例增益P較小值，并投入閉環運行。②將P由小到大變化，對應于某一P值作小幅度的設定值階躍響應，直至產生等幅振蕩。③記錄等幅振蕩時所對應的振蕩周期Tcr、控制器增益Kcr，再根據控制器類型選擇PID參數。

局限性:生產過程有時不允許出現等幅振蕩，或者無法產生等幅振蕩。

3.2 曲線法

實施步驟如下:①在手動狀態下，改變控制器輸出（通常采用階躍或方塊脈沖變化），記錄被控變量的響應曲線。②由開環響應曲線獲得階躍響應曲線，并求取“廣義對象”的近似模型與模型參數。③根據控制器類型與對象模型，選擇PID參數并投入閉環運行。在運行過程中,可對增益KC作恰當調整。

圖2 響應曲線

圖3 階段相應曲線得到對象基本特征參數

將上述PID控制器投入“Auto”（自動）方式，并適當改變控制回路的設定值，觀察控制系統跟蹤性能。若響應過慢，而且無超調存在，則適當加大P值，例如增大到原來的兩倍；反之，則減小P值。

4 結語

筆者認為，水泥生產線上大部分的控制對象都有非自衡特征，如圖4所示。按照筆者在項目上的調試經驗，大部分的壓力控制、液位控制回路只需設置增益系數即可。

圖4 水泥生產線上大部分的控制對象都有非自衡特征