1、PID控制器的參數整定(1)PID是比例,積分,微分的縮寫.比例調節作用：是按比例反應系統的偏差,系統一旦出現了偏差,比例調節立即產生調節作用用以減少偏差。比例作用大,可以加快調節,減少誤差,但是過大的比例,使系統的穩定性下降,甚至造成系統的不穩定。積分調節作用：是使系統消除穩態誤差,提高無差度。因為有誤差,積分調節就進行,直至無差,積分調節停止,積分調節輸出一常值。積分作用的強弱取決與積分時間常數Ti,Ti越小,積分作用就越強。反之Ti大,則積分作用弱,加入積分調節可使系統穩定性下降,動態響應變慢。積分作用常與另兩種調節規律結合,組成PI調節器或PID調節器。微分調節作用：微分作用反映系統偏

2、差信號的變化率,具有預見性,能預見偏差變化的趨勢,因此能產生超前的控制作用,在偏差還沒有形成之前,已被微分調節作用消除。因此,可以改善系統的動態性能。在微分時間選擇合適情況下,可以減少超調,減少調節時間。微分作用對噪聲干擾有放大作用,因此過強的加微分調節,對系統抗干擾不利。此外,微分反應的是變化率,而當輸入沒有變化時,微分作用輸出為零。微分作用不能單獨使用,需要與另外兩種調節規律相結合,組成PD或PID控制器。 (2) PID具體調節方法方法一確定控制器參數數字PID控制器控制參數的選擇，可按連續-時間PID參數整定方法進行。 在選擇數字PID參數之前，首先應該確定控制器結構。對允許

3、有靜差（或穩態誤差）的系統，可以適當選擇P或PD控制器，使穩態誤差在允許的范圍內。對必須消除穩態誤差的系統，應選擇包含積分控制的PI或PID控制器。一般來說，PI、PID和P控制器應用較多。對于有滯后的對象,往往都加入微分控制。選擇參數 控制器結構確定后，即可開始選擇參數。參數的選擇，要根據受控對象的具體特性和對控制系統的性能要求進行。工程上，一般要求整個閉環系統是穩定的，對給定量的變化能迅速響應并平滑跟蹤，超調量小；在不同干擾作用下，能保證被控量在給定值；當環境參數發生變化時，整個系統能保持穩定，等等。這些要求，對控制系統自身性能來說，有些是矛盾的。我們必須滿足主要的方面的要求，兼

4、顧其他方面，適當地折衷處理。PID控制器的參數整定，可以不依賴于受控對象的數學模型。工程上，PID控制器的參數常常是通過實驗來確定，通過試湊，或者通過實驗經驗公式來確定。常用的方法，采樣周期選擇， 實驗湊試法實驗湊試法是通過閉環運行或模擬，觀察系統的響應曲線，然后根據各參數對系統的影響，反復湊試參數，直至出現滿意的響應，從而確定PID控制參數。 整定步驟 實驗湊試法的整定步驟為"先比例，再積分，最后微分"。 （1）整定比例控制 將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應，直至得到反應快、超調小的響應曲線。（2）整定積分環節

5、60;若在比例控制下穩態誤差不能滿足要求，需加入積分控制。 先將步驟（1）中選擇的比例系數減小為原來的5080，再將積分時間置一個較大值，觀測響應曲線。然后減小積分時間，加大積分作用，并相應調整比例系數，反復試湊至得到較滿意的響應，確定比例和積分的參數。 （3）整定微分環節 若經過步驟（2），PI控制只能消除穩態誤差，而動態過程不能令人滿意，則應加入微分控制，構成PID控制。 先置微分時間TD=0，逐漸加大TD，同時相應地改變比例系數和積分時間，反復試湊至獲得滿意的控制效果和PID控制參數。 實驗經驗法 擴充臨界比例度法 實

6、驗經驗法調整PID參數的方法中較常用的是擴充臨界比例度法,其最大的優點是，參數的整定不依賴受控對象的數學模型，直接在現場整定、簡單易行。 擴充比例度法適用于有自平衡特性的受控對象，是對連續-時間PID控制器參數整定的臨界比例度法的擴充。 整定步驟 擴充比例度法整定數字PID控制器參數的步驟是： （1）預選擇一個足夠短的采樣周期TS。一般說TS應小于受控對象純延遲時間的十分之一。 （2）用選定的TS使系統工作。這時去掉積分作用和微分作用，將控制選擇為純比例控制器，構成閉環運行。逐漸減小比例度，即加大比例放大系數KP，直至系統對輸入的階躍信號的響應

7、出現臨界振蕩（穩定邊緣），將這時的比例放大系數記為Kr,臨界振蕩周期記為Tr。 （3）選擇控制度。 控制度，就是以連續-時間PID控制器為基準，將數字PID控制效果與之相比較。 通常采用誤差平方積分 作為控制效果的評價函數。 定義控制度 采樣周期TS的長短會影響采樣-數據控制系統 的品質，同樣是最佳整定，采樣-數據控制系統的控制品質要低于連續-時間控制系統。因而，控制度總是大于1的，而且控制度越大，相應的采樣-數據控制系統的品質越差。控制度的選擇要從所設計的系統的控制品質要求出發。 （4） 查表確定參數。根據所選擇的控制度，

8、查表3一2，得出數字PID中相應的參數TS,KP,TI和TD。 （5）運行與修正。將求得的各參數值加入PID控制器,閉環運行,觀察控制效果,并作適當的調整以獲得比較滿意的效果。方法二2.3 PID參數整定方法 2.3.1 工程整定法 PID數字調節器的參數，除了比例系數Kp，積分時間Ti和微分時間Td外，還有1個重要參數即采樣周期T。1采樣周期T的選擇確定從理論上講，采樣頻率越高，失真越小。但是，對于控制器，由于是依靠偏差信號來進行調節計算的，當采樣周期T太小，偏差信號也會過小，此時計算機將失去調節作用；若采樣周期T太長，則將引起誤差。因此采樣周期T必須綜合考慮。采樣周期的

9、選擇方法有兩種，一種是計算法，另一種是經驗法。計算法由于比較復雜，特別是被控對象各環節時間常數難以確定，工程上較少用。經驗法是一種湊試法，即根據人們在控制工作實踐中積累的經驗以及被控對象的特點，先選擇一個采樣周期T，進行試驗，再反復改變T，直到滿意為止。2Kp，Ti，Td的選擇方法1）擴充臨界比例度法擴充臨界比例度法是簡易工程整定方法之一，用它整定Kp，Ti，Td的步驟如下。 選擇最短采樣周期Tmin，求出臨界比例度Su和臨界振蕩周期Tu。具體方法是將Tmin輸入計算機，只有P環節控制，逐漸縮小比例度，直到系統產生等幅振蕩。此時的比例度即為臨界比例度Su，振蕩周期稱為臨界振蕩周期Tu

10、。選擇控制度為： （2-15）通常當控制度為1.05時，表示數字控制方式與模擬方式效果相當。根據計算度，查表2-1可求出Kp，Ti，Td。 表2-1 擴充臨界比例度法整定參數表控制度控制規律參數TKpTiTd1.05PIPID0.03Tu0.014Tu0.53Su0.63Su0.88Tu0.49Tu/0.14Tu1.2PIPID0.05Tu0.43Tu0.49Su0.47Su0.91Tu0.47Tu/0.16Tu1.5PIPID0.14Tu0.09Tu0.42Su0.34Su0.99Tu0.43Tu/0.20Tu2.0PIPID0.22Tu0.16Tu0.36Su0.27S

11、u1.05Tu0.4Tu/0.22Tu2）擴充響應曲線法若已知系統的動態特性曲線，可以采用和模擬調節方法一樣的響應曲線法進行整定，其步驟如下。 斷開微機調節器，使系統手動工作，當系統在給定值處處于平衡后，給一階躍輸入。用儀表記錄被調參數在此階躍作用下的變化過程曲線。如圖2-12所示。 圖2-12 階躍信號下的曲線動畫講解圖片說明在曲線最大斜率處做切線，求得滯后時間t，對象時間常數以及它們的比值/t。根據所求得的，t和/t值，查表2-2求得值Kp，Ti，Td。 表2-2 擴充響應曲線法整定參數表控制度控制規律參數TKpTiTd1.05PIPID0.1t0.05t&#

12、160;0.84/t1.15/t 0.34t2.0t /0.45t1.2PIPID0.2t0.15t0.78/t1.0/t 3.6t1.9t /0.55t1.5PIPID0.50t0.34t0.68/t0.85/t3.9t1.62t /0.65t 2.0PIPID0.8t0.6t0.57/t0.6/t 4.2t1.5t /t 2.3.2 經驗法在實際工作過程中，由于被調對象的動態特性不是很容易確定，即使確定了，不僅計算困難，工作量大，往往其結果與實際相差較大，甚至事倍功半。因此，在實際生產過程中采用的是經

13、驗法。即根據各調節作用的規律，經過閉環試驗，反復湊試，找出最佳調節參數。微機調速器參數最終要在現場試驗好后，才能選出最優參數。廠家有規定的參考值，有一個范圍，是理論計算出來的。因此要選擇出最優參數，就必須在生產現場進行試驗做記錄曲線后方能得到。2.3.3 湊試法確定PID調節參數湊試法是通過模擬（或閉環）運行觀察系統的響應（例如，階躍響應）曲線，然后根據各調節參數對系統響應的大致影響，反復湊試參數，以達到滿意的響應，從而確定PID的調節參數。增大比例系數Kp一般將加快系統的響應，這有利于減小靜差。但過大的比例系數會使系統有較大的超調，并產生振蕩，使穩定性變壞。增大式（2-2）中的Td有利于加快

14、系統響應，使超調量減小，穩定性增加，但對于干擾信號的抑制能力將減弱。在湊試時，可參考以上參數分析控制過程的影響趨勢，對參數進行先比例，后積分，再微分的整定步驟。其具體步驟如下： 首先整定比例部分。將比例系數由小調大，并觀察相應的系統響應，直至得到反應快、超調小的響應曲線。如果系統沒有靜差或靜差小到允許的范圍之內，并且響應曲線已屬滿意，那么只需要用比例調節器即可，最優比例系數可由此確定。 當僅調節比例調節器參數，系統的靜差還達不到設計要求時，則需加入積分環節。整定時，首先置積分常數Ti為一個較大值，經第一步整定得到的比例系數會略為縮小（如減小20%），然后減小積分常數，使系統

15、在保持良好動態性能的情況下，靜差得到消除。在此過程中，可根據響應曲線的好壞反復修改比例系數和積分常數，直至得到滿意的效果和相應的參數。 若使用比例積分器，能消除靜差，但動態過程經反復調整后仍達不到要求，這時可加入微分環節。在整定時，先置微分常數Td為零，在第二步整定的基礎上，增大Td，同時相應地改變Kp和Ti，逐步湊試，以獲得滿意的調節效果和參數。應該指出，在整定中參數的選定不是惟一的。事實上，比例、積分和微分三部分作用是相互影響的。從應用角度來看，只要被控制過程的主要性能指標達到設計要求，那么比例、積分和微分參數也就確定了。表2-3給出了一些常見的調節器參數選擇范圍。表2-3 常見

16、被調量PID參數經驗選擇范圍被調量特 點參 數KpTi/ minTd/ min流量時間常數小，并有噪聲，故Kp比較小，Ti較小，不用微分12.50.11 溫度對象有較大滯后，常用微分1.653100.53壓力對象的滯后不大，不用微分1.43.50.43 液位允許有靜差時，不用積分和微分1.255  （3）總結PID控制器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據系統的數學模型，經過理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經驗，直接在控制系統的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。現在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行PID控制器參數的整定步驟如下：(1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統工作；(2)僅加入比例控制環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數。 PID參數的設定：是靠經驗及工藝的熟悉，參考測量值跟蹤與設定值曲線，從而調整PID的大小。PID控制器參數的工程整定,各種調節系統中P.I.D參數經驗數據以下可參