PID 参数整定方法及分析

李俊卿 许新军

（河南煤化集团煤气化公司 义马气化厂电仪分厂，河南 义马 472300）

化工生产过程，往往是在密闭的容器和设备中，多属于高温高压。此外，不少介质还具直接伤害人体的化学性质。为了响应“以人为本”的号召，使化工生产正常地、高效地进行，就必须把各项工艺参数维持在某一最佳范围之内，并尽量使生产过程自动化， 这些都依赖于控制回路的自动化控制。 以emerson deltav 系统为例讨论PID 参数整定方法。

（1）修改PID 参数需administrator 权限，普通操作员没有修改权限。

（2） 点击要修改MOUDLE 的Detail 选型， 里面有如下参数，gain、reset、rate，分别对应PID 参数中的P、I、D。

（3）PID 参数代表的含义。gain：标称比例（乘法器）增益值，默认值为0.5；reset：积分动作时间常数，默认值为10，单位为秒，0.0 代表没有积分作用；rate：微分作用时间常数时间，默认值为0，单位为秒，0.0 代表没有微分作用。

1 PID 参数的作用

增大比例增益，将加快系统的响应，一出现偏差，调节器立即将偏差放大输出， 但比例过大会使系统产生大的超调，产生振荡，稳定性变差；增大积分，有利于减小超调，使振荡变小，系统的稳定性增加，但消除静差时间变长；增大微分，有利于加快系统的响应速度，使超调量减小，稳定性增加，但抑制扰动的能力消弱。

2 PID 调节的作用

当PV＞SP 时,PID 输出需变大时就选正作用，当PV＞SP 时，PID 输出需变小时就选反作用。 在DELTAV 系统中正反作用的选择为PID_CONTROL_OPTS 中的Direct Acting 打√为正作用，不打√即为反作用。

3 控制规律的选择

纯比例控制：适用于控制通道滞后较小，负荷变化不大，允许被控变量可在一定范围内变化；比例积分控制：适用于滞后较小，负荷变化不大，被控量不允许有余差的控制系统；比例积分微分控制：适用于负荷变化大，容量滞后较大，控制质量要求又高的系统，如化工生产中的温度控制系统。

4 PID 参数整定的方法

理论计算整定法和工程整定方法。 工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。 但是在实际生产中经验试凑法最为实用。 在整定参数时，认真观察系统响应情况，根据系统的响应情况来调整参数。通过查看PV 值的趋势曲线，使衰减曲线最好是4∶1，即前一个峰值与后一个峰值的比值为4∶1 为最好。

经验值：即凭借以往的工作经验，如对设备的了解，对系统构成及运行特征的了解，对过去使用参数的了解初步给出一组PID 参数， 或者可以在控制系统默认PID 参数的基础上，把调节系统投入自动，分析研究调节过程曲线，修改PID 参数，再如此反复，直至找出一组合适的PID 参数为止。 前提是要有经验和耐心，不要机械的照搬过去调节系统的PID 参数，要考虑到变送器的范围选型， 控制设备的种类特征，DCS 系统的特点等等多项因素，然后再去进行试验，但是不管怎样整定，在整定时都不能让系统出现发散振荡，一旦出现发散振荡，必须立即切为手动，等系统稳定后减小比例、增大积分时间或减小微分时间，重新切自动控制。

PID 参数凑试法的步骤：（1）对纯比例控制器，将比例先设置较小的数值，然后逐渐增大，观察PV 值的过渡过程曲线，直到曲线满意为止；（2）对比例积分控制器，先置积分时间为0，按纯比例作用整定比例使之尽量达到4∶1 衰减曲线； 然后将比例缩小（10～20%），将积分时间由大到小逐步加入，直到获得4∶1衰减过程；（3）对PID 控制器，先置微分时间为0；按PI 作用凑试程序整定比例和积分参数，然后将比例增大到比原值大（10～20%）位置，积分时间也适当减小之后，再把微分由小到大逐步加入，观察变化曲线，直到获得满意的过渡过程。

在PID 参数的整定过程中， 也可以参考系统中同类控制变量，比如同为液位控制，可以参考在系统中自动投用比较好的控制回路中的PID 参数，根据具体情况适当修正。

串极控制回路整定： 串极控制回路的整定一般采取两步法，即先整定副回路，待副回路相对稳定后再整定主回路；对副回路的整定要求响应速度快，且调节稳定，在此基础上整定主回路参数。 如果在整定过程中出现“共振”，只需同时减小主、副控制器的比例度就可以消除，如共振过于剧烈，可先切换到手动，待被控量稳定后，重新投自动整定。

5 注意事项

PID 参数整定前要首先要检查现场测量仪表和执行元件，保证现场仪表是正常显示和可靠的，且手动控制状态下测量参数应该能稳定控制在某个需要的参数上的；按经验值设定比例参数，暂时关掉积分调节，注意PID 的正反作用一定要正确；在整定参数时要一定要保证工艺稳定，当影响到产品质量和工艺参数时要立即切到手动控制，待工艺生产稳定后再投自动整定PID 参数；如果是串级、比例控制回路，要一个回路一个回路的整定，还要注意先内环后外环的原则；在手动切到自动的时候，要保证SP 与PV 值一致，以达到无扰切换，一般在PID 参数选项中均应选择在手动模式时SP 跟踪PV，DELTAV 中为Track in manual。

6 结语

衡量自动化生产中一个自动控制系统的好坏就是看能否达到灵、准、稳的控制目标。 然而,一个自动控制系统是一个整体，它包含有系统设计，现场仪表的调校，调节阀的设计选型、线性特性等，PID 调节参数的整定只能在一定范围内改善系统的调节品质,如果系统设计不合理,现场设备不达标,仅靠改变调节器参数也无济于事。 有时不同的PID 参数均能满足工艺控制参数的控制要求，但是对整个控制回路输出响应及调节频度幅度变化较大，这时就必须认真考虑选择合适的参数以达到调节对象稳定、系统节能、尽量减少阀门频繁大幅度开关，延长设备使用寿命。

[1]王森，晁禹，艾红.仪表工试题集.控制仪表分册.化学工业出版社

[2]《工业过程控制工程》.化学工业出版社