发布时间 : 星期六 文章由入门到精通-吃透PID更新完毕开始阅读
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
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。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0.6~0.8。
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
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 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～（t7 —t5）*1/2 之间。 为了记住（t7—t5） 之间的这个特征点，
我们可以把（t7—
t5）*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(δ)+Tout(i)。而此时Tout(δ)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