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PID整定指导R3.pdf简介：

PID（Proportional-Integral-Derivative）控制器是一种常见的控制算法，用于调节系统的行为以达到预定的目标。在PID控制中，R3通常指的是比例增益（Proportional）、积分增益（Integral）和微分增益（Derivative）中的第三个参数，即微分增益。

1. 比例增益（R1）：这是PID控制器的基本部分，它反映了控制器对当前误差的直接反应。比例增益越大，控制器对误差的反应越强烈。

2. 积分增益（R2）：积分作用是控制器对于累积误差的补偿，它会试图消除系统中的残余误差。积分增益的大小决定了控制器在长时间内对偏差的累积反应。

3. 微分增益（R3）：微分作用是根据误差的变化率来调整输出，它可以预测误差的变化趋势，对于快速响应和减少超调有一定的帮助。微分增益的设定需要谨慎，过高可能会导致系统不稳定。

R3（微分增益）的设定对PID控制器的性能影响显著，合适的微分增益可以提高系统的响应速度和稳定性，但过大的微分增益可能导致系统振荡。因此，PID整定时，通常需要通过试验和调整来确定R3的最佳值，以达到控制系统的最佳性能。

PID整定指导R3.pdf部分内容预览：

对于上述对象选择鲁棒控制策略取入=3

图14优化策略后快速控制设定值阶跃变化

JCT555-2010 耐酸石棉橡胶板Kc = = 2.5 T = T = 1 K3T+T

图15鲁棒控制设定值阶跃变化

此时也存在控制作用太强的问题。据此设置鲁棒控制时入=max(3t,T)。根据上面的被控 对象模型，本文推荐的快速控制参数为：

= 0.91 T, = T = 1

PID整定指导文档名称： PID整定指导 R/3文档编号： PID Tuning Guide 2020年2月24日 页： 18 of36

设定值阶跃变化响应如图16所示。

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图16优化后鲁棒控制设定值阶跃变化

实际整定工作中，最强PID提供的是最强PID参数，鲁棒PID提供的是最稳定的PID参 数。最强PID在模型匹配时可能会振荡加剧，而且在现实中模型失配始终都存在，一般情况 推荐使用鲁棒PID参数。

4.2积分对象Lambda整定参数计算

积分对象的Lambda是克服扰动的闭环停止时间。闭环时间常数描述控制器克服扰动的速 。因此，一个小的闭环时间常数值（即短响应时间）意味着一个积极的控制器。 被控对象：

用以下公式确定积分对象的PID整定参数

2△ + T T, = 2 + K(a + t)2

最终整定需要在线验证，可能需要调整。如果过程对于扰和（或）设定值的变化反应迟 钝，控制器比例很可能太小和（或）积分时间太大。相反，如果过程响应迅速而导致不期望 的振荡程度，则控制器比例很可能太大和（或）积分时间太小。 PID控制器的控制器参数：

项目： PID整定指导文档名称： PID整定指导 版本： R/3文档编号： PID Tuning Guide 日期： 2020年2月24日页： 19 of 36

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2+ 1+(2+)s 1 +(2 + t)s Gc(s) = K(a +t)2(2a + t)s K(a + t)2 S

主通道闭环传递函数：

分母上的纯滞后环节进行一阶Taylor近似

闭环传递函数是一个二阶对象正好是两个相同的极点，阶跃响应约6倍达到稳态。而 且当入=T时设定值阶跃变化响应接近4:1衰减振荡。 积分对象很多文献提出可以采用纯比例控制。针对该说法下一节将进行详细讨论。

4.2.1积分对象纯比例控制

图17积分对象纯比例控制

KeK K KKS+1

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对纯积分对象的主通道而言，比例控制就能保证闭环稳定，而且比例作用越强闭环传递 函数的时间常数越小，闭环响应速度越快，过程始终不振荡。 干扰通道传递函数：

对纯积分对象的干扰通道而言，整个控制系统对干扰具有无偏校止能力。 看起来按传统文献上说的：使用纯比例控制就能满足积分对象的控制要求，但是实际情 兄干扰通道可能具有和被控对象一样的积分特性。例如水箱或储罐的进出流量对液位都有积 分特性。如图 18 所示。

图18积分对象纯比例控制2

图18积分对象纯比例控制2

比时对纯积分对象而言，干扰会导致系统产生余差。随着比例作用增强，余差逐步

此时对纯积分对象而言，干扰会导致系统产生余差。随着比例作用增强，余差逐步减 小。

因此即使被控对象是积分对象，考虑到扰动的复杂性为了消除余差，也推荐使用PI控制 而不是卫控制。

PID整定指导文档名称： PID整定 R/3文档编号： PID Tuning C 2020年2月24日 页: 21

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积分纯滞后过程的入为负载扰动的最大偏差时间。如果目标是最大抗扰能力，则选择 个较小的入。如果目标是允许被控变量变化并减少控制器输出和利用容器吸收被控变量的波 动，则选择更大的2。无没有上限但是无必须足够小，才能将被控变量保持在最大十扰时的充 许偏差范围内。 建议的最小入为1倍的纯滞后，这是最强的PID参数。此时的PID参数如下

有时候需要最大化吸收扰动以减少对下游装置的影响。最大的为：

0.75 T = 3t Kt

△%PVmax . = K * 4%0Pmax

其中△%PVmax=PV的允许工艺偏差%，△%0Pmax=最大控制器输出%，K=模型增益。 状认的被控变量允许波动可以设计为30%，最大干扰选择为控制器输出的40%

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5.PID整定实操指南

5.1控制回路优化流程

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控制回路整定优化指改善控制回路的性能，以从中获得最佳性能。控制回路整定优化往 往采用试法进行，但这通常是无效的，并且很少能获得真正的最佳回路性能。通过遵循最 佳实践，可以系统且有效的进行控制回路优化。 1.了解您的过程。看起来显而易见根本不需要特别指出，但是人们往往很想通过整定 来解决控制问题，而不考虑更广泛的过程。过程知识可提供有关控制目标、要使用 的整定规则、要执行的诊断测试以及进行整定的过程条件的指导。有关过程需要知 道的信息包括：过程类型（自衡或积分）、纯滞后时间和时间常数的比、过程增益 或动态特性是否会在不同的操作条件下发生变化、所使用的最终控制元件的类型及 其特性、过程的干扰以及是否可测、过程变量超调或者快速变化的控制器输出可能 会产生的负面影响

会产生的负面影响。 2. 确定控制目标。需考虑以下几点：回路应快速执行还是缓慢执行？超调是否可以容 忍？控制器输出是否可以尽可能变化？控制器设定值是否经常变化？回路是否必须 克服过程干扰？控制目标将决定要使用的整定方法的类型。控制目标可以是快速的 设定值跟踪或快速的十扰消除、过程变量零超调、对设定值变化的特定过程响应、 最小控制器输出变化以及控制器输出没有超调。例如缓冲罐液位回路应该整定以最 大程度地减少控制器输出变化，同时将液位保持在规定的范围内。 3. 检查控制策略。借助管道仪表图检查控制策略设计。设计是否支持以上确定的控制 目标？是否需要并正确应用串级、前馈、比值和其他控制策略？有耦合控制回路吗 如果是这样，如何处理？在干扰，非线性和其他细微差别的广泛过程中，控制策略 应支持控制目标。例如，如果实际需要比值控制，那么简单的反馈控制回路将做的 很糟糕。仅当副回路比主回路快得多时，才应使用串级控制。干扰除直接影响通过 最终控制元件的流量（需要串级控制）外，应使用前馈控制来补偿。如果检查正确 控制策略有助于控制回路的稳定性和响应性。反之，情况则相反。 4. 现场检查。检查过程设备的尺寸和布局，以及仪表和最终控制元件（例如调节阀、 挡板或调速泵）的状况和位置。需要确认一切状况都良好且位于正确的位置。通过

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设备的大小，能够大致了解该过程对控制器输出变化的响应速度有多快。这些知 将有助于阶跃测试。 5. 检查测量设备。确保过程测量满足需求。变送器的量程是否合适？这是针对当前条 件的最佳传感技术吗？设备安装正确吗？ 6．评估滤波的使用。检查是否正在使用变送器阻尼或过程变量滤波。如果需要，应在 控制系统中进行滤波，以简化其整定并方便更换变送器，而不必担心设备本身的滤 波。检查过程变量的时间趋势，并确定是否需要滤波以及需要多少滤波。如果使用 过程变量滤波器，则应检查其时间常数，以确保其设置适当且显著小于主要过程时 间常数。

将有助于阶跃测试。 5．检查测量设备。确保过程测量满足需求。变送器的量程是否合适？这是针对当前条 件的最佳传感技术吗？设备安装正确吗？ 6.评估滤波的使用。检查是否正在使用变送器阻尼或过程变量滤波。如果需要，应在 控制系统中进行滤波，以简化其整定并方便更换变送器，而不必担心设备本身的滤 波。检查过程变量的时间趋势，并确定是否需要滤波以及需要多少滤波。如果使用 过程变量滤波器，则应检查其时间常数，以确保其设置适当且显著小于主要过程时 间常数。 7. 测试最终控制元件。最终控制元件工作不正常会损害控制回路性能，并会否定正确 的控制器整定方法。典型的问题包括死区、静摩擦、非线性流动曲线和定位器问题 这些问题可能看起来与整定问题非常相似，如果问题出在控制阀上，那么一个不了 解情况的整定人员可能会花费很多时间进行徒劳的整定。在尝试进行任何整定之前 应进行一些简单的过程测试以检测和诊断最终控制元件问题。为了获得最佳控制性 能，必须解决这些问题。同样，最终的控制元件问题可能会严重影响测试结果，并 导致计算出完全不正确的整定参数。 8. 查看控制器配置。控制器提供了多种选择，可以针对各种情况优化其性能。即使操 作员突然修改设定值，也可以在内部对设定值进行爬坡调整或滤波以获得平滑的控 制响应。设定值更改也可以与比例和微分控制模式无关。外部积分反馈可防止在不 利条件下出现积分饱和，并且变化率约束可保护下游的敏感设备。在整定控制器之 前，请检查控制器算法和可配置的控制器选项。 9. 选择合适的整定方法。与普遍的看法相反，控制器整定是科学而不是艺术。可以根 据控制目标、过程特性和适当的整定规则快速而准确地完成回路整定。可以通过在 控制器输出中进行阶跃变化并从所得到的过程响应中进行测量来确定过程特性。尽 管试法整定很流行，但它只能作为不得已的手段使用，例如处理过程非常易变， 以致无法获得可用的阶跃测试数据。作为根据阶跃测试结果手动计算整定参数的替 代方法，回路整定软件提供了许多有用的功能，例如过程特征的辨识、针对不同整 定目标产生整定参数、提供预期回路响应的仿真、分析控制回路的鲁棒性以及更多

DB13(J)∕T 8327-2019 装配式混凝土结构建筑检测技术标准上海华理自动化系统工程有限公司