從工業(yè)界的經(jīng)驗來看，整個控制的解決大多依賴于PID。但是如何找到并且設(shè)置好一組好的PID參數(shù)，能夠使其與對象協(xié)同工作，通過PID控制，使閉環(huán)整個控制系統(tǒng)吻合或達(dá)到期望性能？本文就PID整定相關(guān)問題，特邀馮少輝老師進(jìn)行集中答疑，幫助大家理解和應(yīng)用。

Q1：

生產(chǎn)過程中整定PID，如何避免或者減少對裝置產(chǎn)生的安全風(fēng)險？

A：

在整定過程中，為什么會說有風(fēng)險？是因為在化工裝置里，由于我們不合理的使用參數(shù)，實質(zhì)上會導(dǎo)致過多的使用控制資產(chǎn)或者調(diào)節(jié)閥的動作，然后引起整個系統(tǒng)波動。

第一，整定方法科學(xué)化。

在整個的整定過程中，需要工程師通過不斷地實驗，在裝置上經(jīng)歷很多事情才能形成一定的知識儲備。

第二，在操作工旁邊整定。

所有的整定工作都意味著對生產(chǎn)過程中的影響和干預(yù)。這個影響和干預(yù)實質(zhì)上是需要對裝置操作負(fù)責(zé)的操作工知道的。非常建議大家在操作工旁邊整定，向其說明你要操作的步驟，操作工會對你做的事情有一個預(yù)估并了解整定過程中可能存在的風(fēng)險與因果關(guān)系，這件事情非常重要。

第三，分析做好記錄。

要對工藝過程進(jìn)行分析，嘗試去理解，努力去找到問題的根源，然后才進(jìn)行整定，也是希望能夠有一個很好的交付，實際上是一個系統(tǒng)化的工作。

第四，輸出卡限。

當(dāng)使用Lambda整定方法的時候，算出的參數(shù)和原參數(shù)會有非常大的變化。例如，一回路的積分時間是5秒，此設(shè)置不合適，需要改成300秒。從5秒到300秒，存在60倍的差距，對于如此大的差距，如果做出錯誤的結(jié)論，可能會導(dǎo)致風(fēng)險。某廠壓縮機(jī)比例度本來是從90改成45，結(jié)果改成了4，由于比例度大幅度變化，會導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩以后，壓縮機(jī)它反應(yīng)很快，有些緊急停車系統(tǒng)就因為波動異常而停車。

防止該現(xiàn)象最有效的辦法就是要對裝置充滿敬意，同時自己要非常小心和謹(jǐn)慎，即在最開始大幅度修改參數(shù)之前，我們至少要對控制器的輸出做一個卡限，萬一參數(shù)不對，控制器的輸出不會有大幅度的偏離當(dāng)前工作點的一個狀況發(fā)生。當(dāng)我們修改完參數(shù)，發(fā)現(xiàn)整個的控制器的輸出在我們想象中的范圍里，我們可以逐漸的把卡限放開。

Q2：

PID參數(shù)整定的實質(zhì)到底是什么？

A：

在PID的控制器形式確定的情況下，被控對象的特征也是確定的，那么現(xiàn)在能不能找一組參數(shù)？在現(xiàn)有形式結(jié)構(gòu)情況下，設(shè)計出一個控制器，讓它和被控對象組成一個新的系統(tǒng)，組成一個整體，他們整體的響應(yīng)能夠達(dá)到我們的預(yù)期，能夠?qū)崿F(xiàn)期望的閉環(huán)性能。

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如果現(xiàn)有的控制器通過調(diào)整參數(shù)，整個系統(tǒng)還是實現(xiàn)不了我們想要的閉環(huán)性能意味著什么？意味著，現(xiàn)在靠單一的PID可能不行，也許是控制方案重新設(shè)計才是對的，這是問題的關(guān)鍵。

Q3：

調(diào)整的規(guī)律及注意事項有哪些？

A：

總體、要求、方法、過程、經(jīng)驗

控制方案很重要，回路整定要搞好。

比例積分作用大，特況再把微分加。

既要跟蹤又抗擾，控制強(qiáng)度不能小。

要想超調(diào)無振蕩，控制作用切勿強(qiáng)。

自衡對象積分定，比例作用適當(dāng)動。

非衡對象積分弱，比例作用不能過。

開環(huán)測試定模型，控制參數(shù)公式定。

方法雖好干擾多，閉環(huán)階躍不可缺。

手動不穩(wěn)有外擾，自動振蕩內(nèi)部找。

同相振蕩比例降，異相振蕩積分削。

Q4：

在做溫度控制PID整定的時候，用Lambda整定，怎么能夠比較準(zhǔn)確的從響應(yīng)曲線去對K 、T、 τ 取值？

A：

第一，K只和穩(wěn)態(tài)相關(guān)容易計算。

通過響應(yīng)曲線，把被控對象的所有特征取到，其中最主要特征叫做增益K 、等效時間常數(shù)T、等效純滯后τ。其中增益K只和穩(wěn)態(tài)有關(guān)系。和穩(wěn)態(tài)有關(guān)系，以后就比較容易計算。整個PV值的穩(wěn)態(tài)變化和OP值的穩(wěn)態(tài)變化的比值就能夠計算出K，K值是非常準(zhǔn)確和確定的。

第二，T+τ很重要。

T+τ的總和決定了被控對象的主特征。通過PV值變化63.2的這個點和初始點來確定T+τ。確定T+τ后，就要決定總和里前面第一段τ，與后一段T。

T與τ如何切割才能達(dá)到我們預(yù)期的性能呢？我們發(fā)現(xiàn)只要純滯后，不要被低估，把純滯后估的稍微大一點，最終得到的KT是能夠使用的。（舉下例說明便于理解）

有一個對象，這個對象有一個5秒的純滯后，它的時間常數(shù)是25秒。嘗試對它進(jìn)行控制。其實，最準(zhǔn)確的估值是知道純滯后與時間常數(shù)分別是多少，那么就是標(biāo)稱對象，即時間常數(shù)為25秒（如圖紅色線）

在T+τ=30，重新估計，純滯后是10秒，時間常數(shù)為20秒，得到如圖綠色線。

在T+τ=30，再重新估計，純滯后是20秒，時間常數(shù)為10秒，得到如圖藍(lán)色線。

在T+τ=30，再重新估計，純滯后是25秒，時間常數(shù)為5秒，得到如圖黃色線。

其實，當(dāng)T+τ確定以后，只要按照高估純滯后的原則，總能夠得到一個PID參數(shù)，能夠?qū)λM(jìn)行穩(wěn)定控制。當(dāng)我們?nèi)〉脤ο笥衅畹臅r候，它也可以進(jìn)行穩(wěn)定的控制。這是每一組PID都可以實現(xiàn)對被控對象的控制，這個響應(yīng)的特性會有變化，但是總的來說都是有超調(diào)，只有一個超調(diào)就可以穩(wěn)定的過來。這既是PID的能力，也與我們?nèi)绾慰创豢貙ο蠛蚉ID有關(guān)系。

第三，不能低估τ。

Q5：

串級控制，主副回路的PID參數(shù)如何整定？有先后順序嗎？

A：

對于PID的串級控制來說，應(yīng)攘外必先安內(nèi)，二人同心其利斷金（先內(nèi)后外、內(nèi)快外慢、內(nèi)平外動、內(nèi)外交錯）。

首先讓副回路手動，那么主回路必然是手動的，因為它不能工作，做了測試后會得到一個模型，基于該模型，我們用Lambda方法會得到一個副回路的控制器參數(shù)，讓其投串級。當(dāng)把副回路投串級后，可以在主回路的輸出上通過改變輸出，借此影響副回路設(shè)定值，影響回路的工作，最終影響主回路的輸出。

我們在主回路手動，副回路打串級模式的情況下，在主回路的設(shè)定輸出上做一個階躍測試，會得到一個廣義的模型。該模型是進(jìn)行主控制器參數(shù)整定的過程。一定要按照順序，按照正確的過程來整定，把它理解成一個單回路即可。

Q6：

PID與APC區(qū)別？

A：

Q7：

對于大滯后系統(tǒng)，滯后到什么程度，不適合用PID？

A：

其實不存在任何關(guān)于PID適用范圍的說法，低階對象PID普遍適用，和滯后無關(guān)。如果這個對象是一個低階對象，簡單說，是一個一階對象，使用PID一定是最優(yōu)的，因為一個兩參數(shù)模型只需要兩參數(shù)就夠了，如果是三參數(shù)模型，使用三個參數(shù)就可以實現(xiàn)最優(yōu)了，如果對象是高階的，使用高階的模型才有可能獲得收益。

Q8：

如何對控制回路中的各參數(shù)進(jìn)行修正，必須通過曲線圖觀察，然后不斷整定嗎？

A：

整定方法是三步走，并不光是看曲線。通過開環(huán)的測試，能夠得到被控對象的模型，再利用模型和目標(biāo)來確定出PID參數(shù)（基本上都是兩參數(shù)：比例和積分時間）。把此參數(shù)算出后，放到系統(tǒng)里面去修改，再測試。一般情況下，計算得到的PID參數(shù)和原參數(shù)會有非常大的差別。若在第一個環(huán)節(jié)出錯，會導(dǎo)致最終的控制性能不理想，此時，需要準(zhǔn)確地辨別被控對象的控制模型。有的可以簡化到使用默認(rèn)參數(shù)，但從方法上來說，是用三步的方法，也就是用Lambda整定方法。

Q9：

PID參數(shù)整定的方法試湊法有什么弊端？

A：

第一，慢。

在實際工作過程中，當(dāng)你使用試湊的方法的話，最主要的工作是慢。

第二，工程師要求高。

理論知識不夠扎實，同時還需要更多的經(jīng)驗積累和不斷摸索。

第三，知識碎片化不可傳承。

具有能力但卻無法將其系統(tǒng)化地傳授給他人，經(jīng)驗的不可復(fù)制與不可推廣給整個行業(yè)帶來了很大的弊端。

Q10：

調(diào)節(jié)閥首次安裝上電后，PID如何整定，最節(jié)省時間？

A：

一般來說，在剛開始的時候開環(huán)做一次測試，是最簡單，最快的確定一個對象特征的一個方法。如果來不及做，那就把壓力和溫度重點去做測試，其他的先給個初始值，用算的或者默認(rèn)值設(shè)置，回頭再一個個去看。

總之，PID整定在工業(yè)控制領(lǐng)域中具有非常重要的地位。通過科學(xué)合理的PID整定，可以提高系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性，從而提高生產(chǎn)效率，降低能耗，減少生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，為工業(yè)生產(chǎn)帶來更多的益處。關(guān)于PID整定，你還有什么疑問？歡迎評論區(qū)留言↓↓↓

來源：公眾號 儀表圈