浅析PID控制的调试方法

马爱国 邹广坤 陈玲 刘艾明

1 中材建设有限公司（100176） 2 天津水泥工业设计研究院有限公司（300400）

浅析PID控制的调试方法

马爱国1邹广坤1陈玲2刘艾明1

1 中材建设有限公司（100176） 2 天津水泥工业设计研究院有限公司（300400）

传统的PID控制算法或控制器，广泛的应用于民用和工业生产中。我司中材建设有限公司在承建的水泥项目中，也经常应用PID算法和控制器，对压力和流量等工艺参数进行控制。实际应用中，针对不同控制和执行对象，选用合适的PID调试方法是很重要的。

PCS系统；PCS7；PID调试

1 典型的PID控制回路

我司根据最终用户的要求，为水泥项目提供的PCS（Plant Control System）解决方案多基于Siemens PCS7、ABB800xA或Schneider UnityPro。这里选用Siemens PCS7的应用环境，浅析PID控制的调试方法。图1是对PCS7中经典PID控制器的图形描述。PCS7中还有一些经典的控制环节和一些高级控制器及高级控制理念，如线性控制环节、前后置反馈环节属于基本的控制方式，又如模糊优化控制器属于高级控制器同时还涵盖了专家诊断的控制理念。

图1 PCS7中经典PID控制器的图形描述

比例常数P、积分常数I和微分常数D对控制趋势的影响见表1。

表1 比例常数P、积分常数I和微分常数D对控制趋势的影响

水泥生产线常用PID控制器的选择见表2。

表2 水泥生产线常用PID控制器的选择

2 PID调试的注意事项

根据这些年PID调试的经验，我们得出了一些调试时需要注意的事项。

1）合适的时间（正常生产）。

2）不急于调试参数，要检查对象存在的问题:①控制回路的四要素；②观察干扰源；③观察被控对象的波形；④记录所有观察到的和所做的修改。

3）让操作员也参与进来,并留神所听到的内容，可得到合理的设定值。

4）在调试前做好对被控对象（执行器）的保护。

5）不要仅局限于所调试的控制回路，还要兼顾大范围内的工艺流程。

6）询问工艺人员是否接受当前控制性能。

7）一个星期后再次确认控制回路性能。

同时，我们也总结出了一些调试时的小技巧:

1）根据工艺特性选择合适的控制算法。

2）在大多数情况下不推荐使用Td参数。

3）要慎重对待有积分参与的控制回路。

4）死区也是关注的重点。

常用PID控制的数学模型：

比例P

5）按照减半或增倍的步骤修改时间值。

3 PID调试方法

如果传统经验法无法达到要求则必须改变控制策略和控制方式，这个时候，我们推荐下面两种方法。

3.1 临界比例度法

实施步骤如下:①先切除PID控制器中的积分与微分作用，取比例增益P较小值，并投入闭环运行。②将P由小到大变化，对应于某一P值作小幅度的设定值阶跃响应，直至产生等幅振荡。③记录等幅振荡时所对应的振荡周期Tcr、控制器增益Kcr，再根据控制器类型选择PID参数。

局限性:生产过程有时不允许出现等幅振荡，或者无法产生等幅振荡。

3.2 曲线法

实施步骤如下:①在手动状态下，改变控制器输出（通常采用阶跃或方块脉冲变化），记录被控变量的响应曲线。②由开环响应曲线获得阶跃响应曲线，并求取“广义对象”的近似模型与模型参数。③根据控制器类型与对象模型，选择PID参数并投入闭环运行。在运行过程中,可对增益KC作恰当调整。

图2 响应曲线

图3 阶段相应曲线得到对象基本特征参数

将上述PID控制器投入“Auto”（自动）方式，并适当改变控制回路的设定值，观察控制系统跟踪性能。若响应过慢，而且无超调存在，则适当加大P值，例如增大到原来的两倍；反之，则减小P值。

4 结语

笔者认为，水泥生产线上大部分的控制对象都有非自衡特征，如图4所示。按照笔者在项目上的调试经验，大部分的压力控制、液位控制回路只需设置增益系数即可。

图4 水泥生产线上大部分的控制对象都有非自衡特征