由入门到精通----吃透PID2.0版(原创连载).doc

1、参数整定找最佳， 从小到大顺序查。 先是比例后积分， 最后再把微分加。 曲线振荡很频繁， 比例度盘要放大。 曲线漂浮绕大弯， 比例度盘往小扳。 曲线偏离回复慢， 积分时间往下降。 曲线波动周期长， 积分时间再加长。 曲线振荡频率快， 先把微分降下来。 动差大来波动慢， 微分时间应加长。 理想曲线两个波， 前高后低四比一。 一看二调多分析， 调节质量不会低。 我们要收集的曲线有：1) 设定值。作为比较判断依据；2) 被调量波动曲线。 3) PID 输出。就这么简单，如果是串级调节系统，我们还要收集：4) 副调的被调量曲线；5) PID 输出曲线。第二章 PID 参数整定上一章简单介绍了自动调节的

2、发展历程。搞自动的人，许多人对如何整定 PID 参数感到比较迷茫。课本上说：整定参数的方法有理论计算法和经验试凑法两种。理论计算法需要大量的计算，对于初学者和数学底子薄弱的人会望而却步，并且计算效果还需要进一步的修改整定，至今还有人在研究理论确认调节参数地方法。所以，在实际应用过程中，理论计算法比较少。经验试凑法最广为人知的就是第一章提到的整定口诀了。该方法提供了一个大致整定的方向形性思路。当时整定参数，需要两只眼睛盯着数据看，不断地思考琢磨。上世纪 90 年代的时候，我就曾经面对着 I 型和 II 型仪表，就这么琢磨。如果是调节周期长的系统，比如汽温控制，需要耗费大量的时间。科学发展到了今天

3、，DCS 应用极其普遍，趋势图收集极其方便。对于单个仪表，也大都有趋势显示功能。所以，我们完全可以借助趋势图功能，进行参数整定。我们可以依靠分析比例、积分、微分的基本性质，判读趋势图中，比例、积分、微分的基本曲线特征，从而对 PID 参数进行整定。这个方法虽然基本等同于经验试凑法，但是它又比传统的经验试凑法更快速更直观的，更容易整定。因而，我把这种依靠对趋势图的判读，整定参数的办法，称之为：趋势读定法。趋势读定法三要素：设定值、被调量、输出。三个曲线缺一不可。串级系统参照这个执行。这个所谓的趋势读定法，其实早就被广大的自动维护人员所掌握，只是有些人的思考还不够深入，方法还不够纯熟。这里我把它总

4、结起来，大家一起思考。这个东西看着新鲜，其实一点都不高深，上过初中的人，只要受过严格训练，都可以成为整定参数的好手。什么？初中生理解积分微分的原理么？恩，初中生没有学过微积分，可是一旦你给他讲清楚微积分的物理意义，然后认真训练判断曲线的习惯和能力，完全可以掌握好 PID 的参数整定。 苦功夫还要花的。必须要经过比较严格的训练。怎么才算受过严格训练呢？我不了解别人是怎么训练的，我只根据我自己理解的情况，把我认为正确的理解给大家讲述一下。咱既然说了，初中生都可以理解，那么咱依旧避免繁琐的公式推导，只对其进行物理意义分析。提前声明：这些物理意义的分析，非常简单，非常容易掌握，但是你必须要把下面一些推

5、导结论的描述弄熟弄透，然后才能够进行参数整定。很简单的哦。在介绍 PID 参数整定之前，先介绍几个基本概念：2-1 几个基本概念 单回路：就是只有一个 PID 的调节系统。 串级：一个 PID 不够用怎么办？把两个 PID 串接起来，形成一个串级调节系统。又叫双回路调节系统。在第三章里面，咱们还会更详细的讲解串级调节系统。在此先不作过多介绍。 主调：串级系统中，要调节被调量的那个 PID 叫做主调。 副调：串级系统中，输出直接去指挥执行器动作的那个 PID 叫做副调。主调的输出进入副调作为副调的设定值。一般来说，主调为了调节被调量，副调为了消除干扰。 正作用：比方说一个水池有一个进水口和一个出

6、水口，进水量固定不变，依靠调节出水口的水量调节水池水位。那么水位如果高了，就需要调节出水量增大，对于 PID 调节器来说，输出随着被调量增高而增高，降低而降低的作用，叫做正作用。 负作用：还是这个水池，我们把出水量固定不变，而依靠调节进水量来调节水池水位。那么如果水池水位增高，就需要关小进水量。对于 PID 调节器来说，输出随着被调量的增高而降低的作用叫做负作用。 动态偏差：在调节过程中，被调量和设定值之间的偏差随时改变，任意时刻两者之间的偏差叫做动态偏差。简称动差。 静态偏差：调解趋于稳定之后，被调量和设定值之间还存在的偏差叫做静态偏差。简称静差。 回调：调节器调节作用显现，使得被调量开始由

7、上升变为下降，或者由下降变为上升。 阶跃：被观察的曲线呈垂直上升或者下降，这种情况在异常情况下是存在的，比如人为修改数值，或者短路开路。2-2 P 纯比例作用趋势图的特征分析前面说过，所谓的 P，就是比例作用，就是把调节器的输入偏差乘以一个系数，作为调节器的输出。温习一下：调节器的输入偏差就是被调量减去设定值的差值。一般来说，设定值不会经常改变，那就是说：当设定值不变的时候，调节器的输出只与被调量的波动有关。那么我们可以基本上得出如下一个概念性公式：输出波动=被调量波动*比例增益 （注：当设定值不变）注意，这只是一个概念性公式，而不是真正的计算公式。咱们弄个概念性公式的目的在于：像你我这样的聪

8、明人，不屑于把精力用在考证那些繁琐的公式上面，我们关注什么呢？我们关注的是公式内部的深层含义。呵呵。我们就来努力挖掘它的深层含义。通过概念性公式，我们可以得到如下结论，对于一个单回路调节系统，单纯的比例作用下：输出的波形与被调量的波形完全相似。纯比例作用的曲线判断其实就这么一个标准。一句话简述：被调量变化多少，输出乘以比例系数的积就变化多少。或者说：被调量与输出的波形完全相似为了让大家更深刻理解这个标准，咱们弄几个输出曲线和被调量曲线的推论：1) 对于正作用的调节系统，顶点、谷底均发生在同一时刻。2) 对于负作用的调节系统，被调量的顶点就是输出的谷底，谷底就是输出的顶点。3) 对于正作用的调节

9、系统，被调量的曲线上升，输出曲线就上升；被调量曲线下降，输出曲线就下降。两者趋势完全一样。4) 对于负作用的调节系统，被调量曲线和输出曲线相对。 波动周期完全一致。5) 只要被调量变化，输出就变化；被调量不变化，不管静态偏差有多大，输出也不会变化。上面 5 条推论很重要，请大家牢牢记住。记住不记住其实没有关系，只要你能把它溶化在你的思想里也行。溶化了么？那我出几个思考题：1) 被调量回调的时候，输出必然回调么？2) 被调量不动，设定值改变，输出怎么办？3) 存在单纯的比例调节系统么？4) 纯比例调节系统会消除静差么？第一条回答：是。第二条回答：相当于被调量朝相反方向改变。你想啊，调节器的输出等

10、于输入偏差乘以一个系数，设定值改变就相当于设定值不变被调量突变，对吧。第三条回答：是。在电脑出现之前，还没有 DCS，也没有集中控制系统。为了节省空间和金钱，对于一些最简单的有自平衡能力的调节系统，比如水池水位，就用一个单纯的比例调节系统完成调节。第四条回答：否。单纯的比例调节系统可以让系统稳定，可是他没有办法消除静态偏差。那么怎么才能消除静态偏差呢？依靠积分调节作用。为了便于理解，咱们把趋势图画出来分析。见图 2：比例作用下的调节曲线。图中，假设被调量偏高时，调门应关小，即 PID 为负作用。在定值有一阶跃扰动时，调节器输入偏差为e。此时 Tout 也应有一阶跃量e （1 / ） ，然后被调

11、量不变。经过一个滞后期 t2，被调量开始响应Tout。因为被调量增加，Tout 也开始降低。一直到 t4时刻，被调量开始回复时，Tout 才开始升高。两曲线虽然波动相反，但是图形如果反转，就可以看出是相似形。2-3 I 纯积分作用趋势图的特征分析I 就是积分作用。一句话简述：如果调节器的输如偏差不等于零，就让调节器的输出按照一定的速度一直朝一个方向累加下去。积分相当于一个斜率发生器。启动这个发生器的前提是调节器的输如偏差不等于零，斜率的大小与两个参数有关：输入偏差的大小、积分时间。在许多调节系统中，规定单纯的比例作用是不存在的。它必须要和比例作用配合在一起使用才有意义。我不知道是不是所有的系统

12、都有这么一个规定，之所以说是个规定，是因为，从原理上讲，纯积分作用可以存在，但是很可能没有实用意义。这里不作过分的空想和假设。为了分析方便，咱们把积分作用剥离开来，对其作单纯的分析。那么单纯积分作用的特性总结如下：1) 输出的升降与被调量的升降无关，与输入偏差的正负有关。2) 输出的升降与被调量的大小无关。3) 输出的斜率与被调量的大小有关。4) 被调量不管怎么变化，输出始终不会出现节跃扰动。5) 被调量达到顶点的时候，输出的变化趋势不变，速率开始减缓。6) 输出曲线达到顶点的时候，必然是输入偏差等于零的时候。看到了么？纯积分作用的性质很特别。你能根据一个被调量波动波形，画出输出波形么？如果你

13、能画正确，那说明你真正掌握了。好了，来点枯燥的看图题：积分作用下，输入偏差变化的响应曲线与比例作用有很大的不同。假设被调量偏高时调门应关小，在定值有一个阶跃扰动时，输出不会作阶跃变化，而是以较高的速率开始升高。如图 3：积分作用下的调节曲线,因输出的响应较比例作用不明显，故被调量开始变化的时刻 t2，较比例作用缓慢。在 t1 到 t2 的时间内，因为被调量不变，即输入偏差不变，所以输出以不变的速率上升，即呈线性上升。调节器的输出缓慢改变，导致被调量逐渐受到影响而改变。在 t2 时刻，被调量开始变化时，输入偏差逐渐减小，输出的速率开始降低。到 t3 时刻，偏差为 0 时，输出不变，输出曲线为水平

14、。然后偏差开始为正时，输出才开始降低。到 t4 时刻，被调量达到顶点开始回复，但是因偏差仍旧为正，故输出继续降低只是速率开始减缓。直到 t5 时刻，偏差为 0 时，输出才重新升高。一般来说，积分作用容易被初学者重视，重视是对的，因为它可以消除静态偏差。可是重视过头了，就会形成积分干扰。先不说怎么判断，能认识图形是最重要的。2-4 D 纯微分作用趋势图的特征分析D 就是微分作用。单纯的微分作用是不存在的。同积分作用一样，我们之所以要把微分作用单独隔离开来讲，就是为了理解的方便。一句话简述：被调量不动，输出不动；被调量一动，输出马上跳。图4：纯微分作用的阶跃反应曲线根据微分作用的特点，咱们可以得出

15、如下曲线的推论：1) 微分作用与被调量的大小无关，与被调量的变化速率有关；2) 与被调量的正负无关，与被调量的变化趋势有关；3) 如果被调量有一个阶跃，就相当于输入变化的速度无穷大，那么输出会直接到最小或者最大；4) 微分参数有的是一个，用微分时间表示。有的分为两个：微分增益和微分时间。微分增益表示输出波动的幅度，波动后还要输出回归，微分时间表示回归的快慢。见图，KD 是微分增益，TD 是微分时间。5) 由第 4 条得出推论：波动调节之后，输出还会自动拐回头。都说微分作用能够超前调节。可是微分作用到底是怎样超前调节的？一些人会忽略这个问题。合理搭配微分增益和微分时间，会起到让你起初意想不到的效

16、果。比例积分微分三个作用各有各的特点。这个必须要区分清楚。温习一下： 比例作用：输出与输入曲线相似。 积分作用：只要输入有偏差输出就变化。 微分作用：输入有抖动输出才变化，且会猛变化。2-5 比例积分作用的特征曲线分析彻底搞清楚 PID 的特征曲线分析后，我们再把 PID 组合起来进行分析。大家作了这么久的枯燥分析，越来越接近实质性的分析了。比例积分作用，就是在被调量波动的时候，纯比例和纯积分作用的叠加，简单的叠加。普通的维护工程师最容易犯的毛病，就是难以区分波动曲线中，哪些因素是比例作用造成的，哪些因素是积分作用造成的。要练就辨别的功夫，咱还是要费些枯燥的时间，辨认些图吧。友情提示：这么枯燥

17、的看图说话，可能是最后第二个了。胜利在望啊朋友们。如图 5，定值有阶跃扰动时，比例作用使输出曲线 Tout 同时有一个阶跃扰动，同时积分作用使 Tout 开始继续增大。t2时刻后，被调量响应 Tout 开始增大。此时比例作用因e 减小而使 Tout 开始降低（如图中点划线Tout()所示） ；但是前文说了积分作用与e 的趋势无关，与e的正负有关，积分作用因e 还在负向，故继续使 Tout 增大，只是速率有所减缓。比例作用和积分作用的叠加，决定了 Tout 的实际走向，如图 Tout(i)所示。 只要比例作用不是无穷大，或是积分作用不为零，从 t2 时刻开始，总要有一段时间是积分作用强于比例作用

18、，使得 Tout 继续升高。然后持平（t3 时刻） ，然后降低。在被调量升到顶峰的 t5 时刻，同理，比例作用使 Tout 也达到顶点（负向） ，而积分作用使得最终Tout 的顶点向后延时（t6 时刻） 。从上面的分析可以看出：判断 t6 时刻的先后，或者说 t6 距离 t5 的时间，是判断积分作用强弱的标准。 一般来说，积分作用往往被初学者过度重视。因为积分作用造成的超调往往被误读为比例作用的不当。而对于一个很有经验的整定高手来说，在一些特殊情况况下，积分作用往往又被过度漠视。因为按照常理，有经验的人往往充分理解积分作用对静态偏差的作用，可是对于积分作用特殊情况下的灵活运用，却反而不容易变通

19、。以前看史书，毛泽东曾指着邓小平对一个苏联人说：瞧见那个小个子了没有？这个人很了不起，既有原则性，又有灵活性。 瞧见没有，最高明的政治家们都注重原则性和灵活性之间的微妙的关系，咱们搞自动的，实际上也离不开原则性和灵活性啊。当然了，对于一般的初学者，还不到感悟灵活性的时候。初学者只有老老实实先把原则掌握再说。灵活性是建立在原则的基础之上的。就如同现实生活中一样，没有原则的灵活是什么？老滑头。什么时候才可以灵活？等你能够彻底解读调节曲线，并能够迅速判断参数大小的时候，才可以稍微尝试了解灵活性。千万不要耍滑头哦。2-6 比例积分微分作用的特征曲线分析增加微分功能后，调节曲线更复杂点，也更难理解点。如

20、果我们把这一节真正掌握后，参数整定问题也就不算大了。如下图所示： 如图6 比例积分微分作用下的调节曲线示意图所示，当设定值有个阶跃后（T1 时刻） ，因为设定值属于直线上升，此时上升速率接近于无穷大，所以理论上讲，调节器输出应该波动无穷大，也就是直接让输出为 100%或者 0%。可是，调节器的速率计算是每一时刻的变化量除以扫描周期，所以当一个小的阶跃到来的时候，调节器输出不一定达到最大。总之，阶跃量使得输出急剧波动。所以，当系统存在微分增益的时候，如果我们要修改或者检查被微分处理的信号，就要小心了，最好是退出自动。当微分增益发挥作用后，随之微分使得输出回归，回归时间与微分时间有关系。微分时间使

21、得输出一直下降，本该回复到初始值。可是在 T1 时刻，比例发挥作用，使得输出恢复到比例输出的基础；积分发挥作用，使得在比例的基础上再增加一些，增加量与积分时间有关。所以，T2 时刻输出是个拐点，开始回升。T3 时刻，当输出的调节使得被调量发生改变的时候，比例使得输出随之下降；积分使得输出上升速率开始降低，但仍旧上升；微分使得输出下降。T3 时刻开始，微分增益发挥作用后，微分时间本来需要输出回归，输出减小，可是因为被调量在不断的下降，所以微分增益的作用始终存在，输出继续下降。T4时刻，比例作用盖过积分，比例积分开始回调。T5 时刻，积分作用为 0，被调量越过零后，开始出现正偏差，积分也会向正向发

22、挥作用，所以比例积分微分作用曲线更陡了。T6 时刻是个关键的时刻。因为如果没有微分作用，这个时刻就不是关键点。此时被调量的变化开始变缓慢，微分时间使得系统回调收缩。微分时间越短，T6 时刻越靠前，足够短的时候，会发生很多毛刺。毛刺增加了执行机构的动作次数，增加了不必要的调节浪费，对系统调节有害。下图是微分时间过短造成的调节毛刺（如图微分时间过短造成输出波形有毛刺） 。T8 时刻，被普遍认为是微分的超前调节发挥作用的时刻。此时被调量刚开始回调，而微分作用使得输出“提前”调节了一些。 对于微分的超前调节作用，个人认为，T6 和 T8 时刻，同样值得关注。还需要说明的是，毛刺的产生不仅仅与微分时间有

23、关，还与微分增益有关。他们是两个相关联的两个参数。当微分增益增大的时候，要消除毛刺，就要相应提高微分时间，反之减小。可是如果为了消除毛刺而过分增大微分时间，就影响了 T6 时刻所带来的超前调节作用，超前调节作用就受到影响。合理搭配参数才能够起到良好的调节作用。同样的道理，比例积分微分三个参数的大小也是相对的。比如说在比例带为 80 的时候，积分时间为 120 也许会感觉比较正常。可是当你把比例带调为 200 的时候，积分作用如果还不变化，那么积分就会对调节带来副作用，系统就可能不能稳定。这时候就需要你把积分时间也要增大。 我们在整定系统的时候，要有这么一个观念：比例积分微分三个参数的大小都不是

24、绝对的，都是相对的。切不可以为我发现一个参数比较合适，就把这个参数固定死，不管别的参数怎么变化，永远不动前面固定的参数。这样的整定是机械的整定，要不得的。我们要在多个参数之间反复权衡，既要把握原则性，又要学会灵活性。哦，又回到了上一节的话题。2-7 整定参数的几个原则大家看过百家讲坛里面王广雄教授讲自动调节系统么？我没有看过，很遗憾。不过我听别人说王教授这么说自动调节系统：她里面处处闪烁着哲学的光辉。这个光辉我也经常感觉得到。并且我觉得，似乎它不仅仅是一门技术，而且还是一门艺术。因为对于一个复杂的自动调节系统，你永远不能确定哪个参数是最好的。只要你愿意下功夫去整定，似乎总有更适合的参数等着你。

25、而等到一个系统遇到了很复杂的大干扰的时候，一般情况下，你总想修改已经极其膨胀了的控制策略，效果虽有好转，可总是难以适应各种工况，参数愈来愈多，整定愈来愈复杂。可是等到你某一天突然灵光一闪，想到一个新鲜思路的时候，你激动得恨不得马上从床上爬下来要去应用，第二天你发现既不需要修改控制策略，应用效果又出奇的好的时候，你会感到一种艺术的成就感和满足感。这就是自动调节系统的魅力。它需要你在各个问题、各个参数之间反复权衡，在灵活性和原则性之间思想游走，在全面和孤立之间合并分解。机械与权衡的变通、灵活性和原则性的关系前面已经说过了。下面还要说说全面和孤立的关系。对于一个复杂调节系统，既要全面看待一个系统，又

26、要学会孤立看待一个系统。原则与灵活，全面与孤立，都是个辩证的问题。其实谁都知道要全面看待问题这个说法。要全面了解整个调节系统，要对工艺流程、测量回路、数据处理 DCS 或者 PLC、控制调节过程、PID 各个参数、操作器、伺服放大器、执行器、位置反馈、阀门线形等各个环节都要了解，出了问题才能够快速准确的判断。可是孤立分析问题这个提法，是不似有点新鲜？怎样才算孤立看待问题？我们首先要把复杂的问题简单化，简单化有利于思路清晰。那么怎样孤立简化呢？1) 把串级调节系统孤立成两个单回路。把主、副调隔离开来，先整定一个回路，再全面考虑；2) 至于先整定内回路还是先整定外回路，因系统而异。一般来说，对于调

27、节周期长的系统可以先整定内回路。我们还可以手动调整系统稳定后，投入自动，先整定内回路；3) 把相互耦合的系统解耦为几个独立的系统，在稳态下，进行参数判断。让各个系统之间互不干扰，然后再考虑耦合；4) 把 P、I、D 隔离开来。先去掉积分、微分作用，让系统变为纯比例调节方式。然后再考虑积分，然后再考虑微分。在学习观察曲线的时候，要学会把问题简单化，孤立看待系统；在分析问题的时候，要既能够全面看待问题，也能够孤立逐个分析。咱们下面讨论如何整定参数的时候，也是先要把参数孤立起来看待的。以前曾经有一个化工的朋友说：自动调节系统哪有这么复杂？无非是一个 PID，对其参数进行整定一番就可以了。我对他说：很

28、不幸，你工作在一个简单调节系统的环境下，你没有真正接触过复杂的自动调节系统。是的，火电厂自动调节系统要复杂些。可惜我没有机会接触更为复杂的自动调节系统，深为遗憾！至今为止，我所接触到最复杂的自动调节系统，无非是火电厂的蒸汽温度、汽包水位、蒸汽压力，还有一个大杂烩协调。至于脱硫方面的，都交给运行自行调节，懒得去管。2-8 整定比例带整定参数要根据上面提到的孤立分析的原则，先把系统设置为纯比例作用。也就是说积分时间无穷大，微分增益为 0。最传统原始的提法是比例带。比例带是输入偏差和输出数值相除的差。比例带越大，比例作用越弱。据说美国人喜欢直来直去，他们提出一个比例增益的概念，就是说比例作用越强，比

29、例增益也就越大。具体的做法就是比例增益等于比例带的倒数。整定比例作用比较笨的办法，逐渐加大比例作用，一直到系统发生等幅震荡，然后在这个基础上适当减小比例作用即可，或者把比例增益乘以 0.60.8。不过上述方法是有一点点风险的。有的系统不允许设定值偏差大，初学者要想明显地看出来什么是等幅震荡，就有可能威胁系统安全。并且，在比例作用比较弱的时候，波动曲线往往也是震荡着的，有人甚至会把极弱参数下的波动当成了震荡，结果是系统始终难以稳定。那么到底怎么判断震荡呢？一般来说，对于一个简单的单回路调节系统，比例作用很强的时候，振荡周期是很有规律的，基本上呈正弦波形状。而极弱参数下的波动也有一定的周期，但是在

30、一个波动周期内，往往参杂了几个小波峰。根据这个我们几乎大致可以判断比例作用了。 注意我的用词， “几乎大致” 。是的，仅仅这样我们也不能完全确定比例作用一定是强是弱。有的系统也不允许我们这样折腾。还有没有办法？整定参数说实话，是不那么容易的。前面我说很简单，是给你们树立必胜的信念，现在说很困难，是告诉你们不可能一蹴而就，需要持之以恒的努力，需要不断的探索。这篇文章最难写的是哪一段？第一章很容易，手头有资料，平时多留心，就可以写出来。第三章很难写，但是只要自己多观察、多体会、多分析、多积累，应该也能写出来。只有第二章的这一节最难写。我花费了好几天都在考虑，怎么表达出来我的经验心得。好在自动控制也

31、不是高不可攀，我想到了一个表述办法： 亲自操作执行机构，或者查找运行操作的历史趋势，查找或者令执行机构的输出有一个足够的阶跃量这个阶跃量要足够大，但是千万不能给稳定运行带来危险然后观察被调量多久之后开始有响应。记录下响应时间。然后在整定参数的时候，你所整定的系统的波动周期，大约是你记录响应时间的 3-8 倍。声明：这只是个大约的数值。我也仅仅是在近几天内观察考虑的。没有经过长久大量的观察。目前来看，这个思路应该是对的，不排除意外的可能。最终你所整定的系统，其调节效果应该是被调量波动小而平缓。在一个扰动过来之后，被调量的波动应该是一很有名的说法：“一大一小两个波” 。呵呵，这个字，目前属于敏感词

32、汇。有人说：很麻烦，我的调节系统不容易看到调节周期。哦，恭喜你，你的系统整定工作做得很好。不管是被调量还是调节输出，其曲线都不应该有强烈的周期特征。曾经有个人跟我说：你看我的调节系统整定得多好，被调量的曲线简直跟正弦波一样好看。我回答说：不用问，调节输出也跟正弦波一样吧？他说是。那你的执行机构还不跟正弦波一样不能歇着啊？这样的调节系统的整定工作是不够好的，还有优化空间的。自动调节的困难还在于：即使是很老练很在行的整定者，也不见得整定效果就很好。近两年我见了一些自动调节的论文，有的论文中附有调节效果曲线。根据我的分析，有一些论文所表现的调节质量并不够好，还有很大的参数优化空间。 。有许多人看系统

33、难以稳定，就认为是控制策略的问题，就去修改控制策略。最终使得控制策略庞大臃肿。控制策略臃肿的不利后果有三个：1) 不利于检查问题和整定参数，程序越复杂越不利；2) 容易出现编程错误甚至前后矛盾；3) 增加了系统负担。DCS 系统要求单机负荷率要低。DCS 中，影响负荷率的最大因素就是模拟量运算。自动调节系统的模拟量运算最大。所以，臃肿的调节系统增加了系统负荷率。具体的论文就不说了。只说最近论坛上经常对给水三冲量调节系统发表质疑。我个人认为：给水三冲量自动调节系统是很完善很完美的，你之所以觉得不够好，是因为你没有把参数整定好。如果你不认可，我给你整定，保证能让你的系统在经典的三冲量调节系统下，运

34、行得很好。所以能够通过整定参数解决的问题，最好不通过控制策略来解决。所以，就要求我们广大的自动调节工作者，在整定参数方面打好基本功。我说过，我感到整定参数不仅仅是一门技术，而且像一门艺术。因为“艺无止境” 。2-9 整定积分时间前面咱们已经说过，积分作用最容易被人误解。一个初学者往往过分注重积分作用，一个整定好手往往又漠视积分作用。咱们先对初学者说怎么认识积分作用。对于主调来说，主调的目的就是为了消除静态偏差。如果能够消除静态偏差，积分作用就可以尽量的小。 在整定比例作用的时候，积分作用先取消。比例作用整定好的时候，就需要逐渐加强积分作用，直到消除静差为止。我们需要注意的是：一般情况下，如果比

35、例参数设置不合理，那么静差也往往难以消除。在没有设置好比例作用的时候，初学者往往以为是积分作用不够强，就一再加强比例作用，结果造成了积分的干扰。那么积分作用设置多少合理？咱们还要拐回头，看第 2-5 节。为了查看方便，我重新把图 5 粘贴过来。 图中，我们最需要关注的几个点是：t5、t6、t7。在 t5，t7 之间，t6 的时刻反映了积分的强度。t6 过于靠近 t5，则积分作用过弱；t6 过于靠近 t7，则积分作用过强。t6 所处的位置，应该在t5、t7 之间的 1/3靠前一点。也就是说，t6 的位置在t5（t7t5）*1/2 之间。为了记住（t7t5）之间的这个特征点，我们可以把（t7 t5

36、）*1/3 的这个区域叫做积分拐点。积分拐点这个概念很重要，输出的拐点不能比积分拐点更靠后。为什么积分要这么弱？当被调量回调的时候（t5 时刻） ，说明调节器让执行机构发挥了调节作用，此时调节机构的开度足以控制被调量不会偏差更大，为了消除静态偏差，可以保持这个开度，或者让执行机构稍微继续动作一点即可。如果此时被调量回调迅速，则说明执行机构的调节已经过量，那么必须也要让执行机构回调，执行机构的回调是怎样产生的？是比例作用克服了积分作用而产生的，是比例和积分的叠加：Tout()+Tout(i)。而此时 Tout()和Tout(i)所调节的方向是不一样的，一个为正，一个为负。从上面的叙述，我们还可以

37、验证前面的一个推理：积分作用和比例作用是相对的。当比例作用强的时候，积分也可以随之增强；比例作用弱的时候，积分也必须随之下调。积分作用只是辅助比例作用进行调节，它仅仅是为了消除静态偏差。还是那句话：搞自动的要善于灵活处理问题，一方面要把握原则，一方面要有灵活性。切不可因为刚才调好了积分作用，就把积分参数固定死再也不变了。积分作用设置的关键在于 t6 的位置，要记住：不能超过积分拐点。 对于积分作用在特殊情况下的妙用，下一章会提到。咱现在还是牢牢掌握原则吧。2-10 整定微分作用微分作用比较容易判断，那就是 PID 输出“毛刺”过多。一般来说，微分作用包含两个参数：微分增益和微分时间。实际微分环

38、节在前面已经说过。图 4 就是实际应用中的微分环节。其实理想的微分环节并不是这样的。当阶跃扰动来临的时候，理想微分环节带来的调节输出是无穷大的。如图所示：理想微分环节为了工程应用方便，人们设计了实际微分环节。微分的目的许多人都知道：它具有超前调节的功能。微分为什么具有超前调节作用？1)波动来临时，不管波动的幅度有多大，只要波动的速度够大，调节器就会令输出大幅度调整。也就是说，波动即将来临的时候，波动的征兆就是被调量的曲线开始上升。对于比例和积分作用来说，开始上升不意味着大幅度调节；对于微分作用来说，开始上升就意味着调节进行了，因为“开始”的时候，如果速度上去了，输出就可以有一个大幅度的调整。这

39、是超前调节的作用之一。见图 6 的T8 时刻。2) 波动结束后，如果调节器调节合理，一般被调量经过一个静止期后，还会稍微回调一点。在被调量处于静止期间，因为微分时间的作用，不等被调量回调，调节器首先回调。这是微分的超前作用之二。见图 6 的 T7 时刻。在微分增益增大的时候，一定要考虑到微分时间的调整。否则调节曲线上会有很多毛刺。毛刺直接影响到执行机构的频繁动作，一般来说，它是有害的。好的调节效果，往往在调节曲线上是看不到毛刺的。只可以在输出曲线上看到一个突出的陡升或者陡降。要合理利用微粉增益和微分时间的搭配，会取得很好的调节效果。有许多人牢牢记住了“微分的超前调节作用” ，只要觉得系统不够快，就会加微分。这是一种懒人的思维。系统快不快不能看表面现象，有许多系统往往是参数整定不好造成的震荡。震荡发生的时候，往往急得初学者恨不得马上让系统回调，不能马上回调，就想到了微分。要记住：震荡的产生可能与三个参数都有关。一定要认真判读震荡曲线的特征，分辨是那个因素造成的，然后对症下药才能够抑制震荡。还有一些人不管三七二十一，把所有的系统都使用比例积分微分。比例积分可以都使用，但有些系统使用微分是不恰当的。微分的使用条件有：