PID参数自整定的方法及实现

近年来出现的各种智能型数字显示调节仪，一般都具有PID参数自整定功能。仪表在初次使用时，可通过自整定确定系统的最佳P、I、D调节参数，实现理想的调节控制。在自整定启动前，因为系统在不同设定值下整定的参数值不完全相同，应先将仪表的设定值设置在要控制的数值（如果水电站或是中间值）上。在启动自整定后，仪表强制系统产生扰动，经过2~3个振荡周期后结束自整定状态。仪表通过检测系统从超调恢复到稳态（测量值与设定值一致）的过度特性，分析振荡的周期、幅度及波形来计算仪表的最佳调节参数。理想的调节效果是，设定值应与测量值保持一致，可从动态（设定值变化或扰动）合稳态（设定值固定）两个方面来评价系统调节品质，通过PID参数自整定，能够满足大多数的系统。不同的系统由于惯性不同，自整定时间有所不同，从几分钟到几小时不等。
　　有一台DYJ-36-2型油加热器。该油加热器是由加热炉体、载体传输通道、膨胀系统及电控装置构成，与用热设备组成了一个循环加热系统。热载体（导热油）在炉体内被电热管加热后，用热油泵通过管路传送到用热设备，放热后再次回到炉体内升温，实现连续循环过程。控制油温的调节仪表时日本SHIMADEN（岛电）公司的SR73型PID自整定温控仪。温度控制系统为闭环负反馈系统。由热电偶检测的油温信号对应的mV信号，传送至调节仪的信号输入端，调节仪输出DC15V、20mV的高电平信号，传送至SSR固态继电器，驱动晶闸管过零触发开关电路，改变固定期内的输出占空比，从而控制电热器的输出功率。
　　在系统投入运行前，我们对调节仪进行PID参数的自整定工作。首先把它的设定值（SV）调至工艺常用温度90℃。仪表提供了一组PID参数：
　　比例带 P=0.1%~999.9%
　　积分时间 I=1~6000s
　　微分时间 D=0~3600s
　　再进入功能彩旦，把P、I、D参数分别按经验值设定为：
　　P=3.0；I=120；D=30；超调抑制系数 SF=0.4。
　　完成上述基本参数设置，且系统构成闭环，即仪表输入与传感器、输出元件与负载连接完毕通电后，进入功能菜单启动自整定（AT）。此时AT指示灯在闪烁，在接近设定值90℃时，仪表的OUT指示灯时亮时灭，表示晶闸管时断时通，已进入精确温控阶段。自整定结束后，AT灯灭。此时，可以调处功能菜单查看系统自整定后的PID参数值，分别为P=0.6，I=278，D=69，SF=0.4，自整定时间为18min。经过自整定后，系统工作相当稳定。精度为0.5级的数显仪的显示温度始终为90℃，调节效果相当令人满意。为比较参数及自整定时间的不同，我们把仪表的设定值设定为45℃，这次自整定的时间为11min。自整定后参数分别为：
　　P=0.8；I=558；D=139；SF=0.4。
　　经过自整定后，数显仪显示温度始终为45℃，调节效果同样令人满意。