PID自控調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)效果差的原因分析

PID自控調(diào)節(jié)，是自控專業(yè)的重點課題之一，也是自控專業(yè)的難點。實際應(yīng)用中，經(jīng)常會遇到PID自控系統(tǒng)調(diào)節(jié)效果差或不能正常調(diào)節(jié)的問題。文章聯(lián)系實際問題，結(jié)合自控理論，對上述問題，作一歸納與分析。

1、用于調(diào)節(jié)的介質(zhì)量能不足導(dǎo)致調(diào)節(jié)失敗

在調(diào)節(jié)閥安裝管道上的調(diào)節(jié)介質(zhì)量能不足，如流量調(diào)節(jié)，由于泵揚(yáng)程不夠等原因，供給流量調(diào)節(jié)管道非常大流量不夠；反應(yīng)釜溫度調(diào)節(jié)，給反應(yīng)釜加熱調(diào)節(jié)管道的導(dǎo)熱油非常大流量不夠，或?qū)嵊蜏囟炔粔?；壓力調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)壓力的管道非常大供壓不足；液位調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)液位的進(jìn)料管道非常大流量不夠等。上述問題，都會導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥門全開時仍不能滿足調(diào)節(jié)要求。

2、儀表自控閥門口徑選取不當(dāng)

自控閥門口徑選取過小，會導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥門全開時仍不能滿足調(diào)節(jié)要求而導(dǎo)致調(diào)節(jié)失??；口徑選取過大，閥門始終在小開度工作，調(diào)節(jié)效果差。

3、PID參數(shù)設(shè)置不當(dāng)

PID參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，是自控調(diào)節(jié)失敗或效果差的主要原因之一。要正確地設(shè)置PID參數(shù)，必須對PID控制規(guī)律有深入的了解：P控制，能迅速有力地克服干擾的影響，或使被控變量能迅速跟蹤設(shè)定值的變化，過渡過程時間短，但過渡過程結(jié)束后有余差存在。比例增益增大，控制系統(tǒng)余差減小，振蕩加劇，振蕩周期縮短，控制系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。

P控制適合于負(fù)荷變化較小，自衡能力較強(qiáng)，對象控制通道中的純滯后和時間常數(shù)之比較小，工藝上允許有余差存在，控制質(zhì)量要求不高的場合。

PD控制，在比例控制的基礎(chǔ)上引入微分作用后，增大系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，使比例增益可以加大，從而可以加快過渡過程，減小動態(tài)偏差和余差，對克服對象的容量滯后有顯著效果。

PD控制適用于對象控制通道時間常數(shù)較大，負(fù)荷變化較小，反應(yīng)速度較慢的場合。對于容量滯后很小、干擾頻繁的系統(tǒng)，盡量避免使用微分作用，PD控制不宜用于測量噪音或周期性干擾的系統(tǒng)。PI控制，在比例控制的基礎(chǔ)上引入積分作用后，減小系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，使比例增益減小，過渡過程變慢，動態(tài)偏差變大，但積分作用可以消除余差。

PI控制適用于對象控制通道時間常數(shù)較小，負(fù)荷變化不很大，工藝要求沒有余差的場合。對于容量滯后和純滯后都比較大的系統(tǒng)，盡量避免使用PD控制器。

PID控制，綜合了各種控制的優(yōu)點，即能克服對象的容量滯后，減小動態(tài)偏差，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，又能消除系統(tǒng)的余差。適用于對象負(fù)荷變化大，對象容量滯后較大，工藝要求無余差的場合。對于純滯后很大，負(fù)荷變化很大的系統(tǒng)，上述簡單控制系統(tǒng)無能為力，需由復(fù)雜控制系統(tǒng)來進(jìn)行控制。如純滯后控制系統(tǒng)，非線性控制系統(tǒng)等。

4 系統(tǒng)存在嚴(yán)重時間滯后，未采取相應(yīng)措施

系統(tǒng)時間滯后有：檢測元件測量環(huán)節(jié)容量滯后，檢測元件測量環(huán)節(jié)純滯后，儀表測量信號傳送純滯后，控制信號傳送純滯后，控制閥門環(huán)節(jié)容量滯后，工藝控制對象容量滯后。對于嚴(yán)重系統(tǒng)時間滯后，若不加以解決，就會導(dǎo)致系統(tǒng)運行效果差甚至異常。對于檢測元件測量環(huán)節(jié)容量滯后、控制閥門環(huán)節(jié)容量滯后、工藝控制對象容量滯后，可以利用控制器微分環(huán)節(jié)，恰當(dāng)設(shè)置微分參數(shù)即可消除。

對于檢測元件測量環(huán)節(jié)容量滯后及控制閥門環(huán)節(jié)容量滯后也可單獨處理：檢測元件選擇惰性小的快速測量元件；控制閥門盡量縮短引壓管線長度、選用合適口徑的氣動管線、加裝繼動器等。

對于檢測元件測量環(huán)節(jié)純滯后、儀表測量信號傳送純滯后、控制信號傳送純滯后，可單獨采取措施：選擇正確的檢測元件安裝位置；儀表測量信號采用電信號傳遞；電氣轉(zhuǎn)換器安裝在現(xiàn)場控制閥門附近。對于嚴(yán)重純滯后，必須使用純滯后補(bǔ)償系統(tǒng)。