PID参数整定 (2).doc

1、先比例，再积分，最好可以通过串口配置控制参数 PI 算法的根本目的是要去掉偏差 e,先去掉积分的作用，调节比例系数（由大到小） ，使输出先去掉积分的作用，调节比例系数（由大到小） ，使输出 快速但不振荡为好，然后加入积分作用，调节积分系数，去除静差，积分作用过大的加入快速但不振荡为好，然后加入积分作用，调节积分系数，去除静差，积分作用过大的加入 会引起振荡，所以系数要从大到小的选择（节省你整定参数的时间） 。会引起振荡，所以系数要从大到小的选择（节省你整定参数的时间） 。最好是可以通过串口 配置整定的系数，这样整定起来比较快。 说实话，现在 pid 的整定方法基本上就是经验法，不过现在有很多论

2、文阿什么的都有自适应 整定的方法，不过都没有实际波形，都是仿真出来，可信性不高，其实，一般的 pid 控制器 只用到 PI 很少用 D 的，说一还是试凑法比较简单，就两个参数。 实验凑试法是通过闭环运行或模拟，观察系统的响应曲线，然后根据各参数对系统的影响，实验凑试法是通过闭环运行或模拟，观察系统的响应曲线，然后根据各参数对系统的影响， 反复凑试参数，直至出现满意的响应，从而确定反复凑试参数，直至出现满意的响应，从而确定 PID 控制参数。控制参数。 实验凑试法的整定步骤为“先比例，再积分，最后微分“。 （1）整定比例控制）整定比例控制 将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、

3、超调小的响应曲线。 （2）整定积分环节）整定积分环节 若在比例控制下稳态误差不能满足要求，需加入积分控制。 先将步骤 （1） 中选择的比例系数减小为原来的 5080， 再将积分时间置一个较大值， 观测响应曲线。然后减小积分时间，加大积分作用，并相应调整比例系数，反复试凑至得到 较满意的响应，确定比例和积分的参数。 （3）整定微分环节 若经过步骤（2） ，PI 控制只能消除稳态误差，而动态过程不能令人满意，则应加入微 分控制，构成 PID 控制。 先置微分时间 TD=0，逐渐加大 TD，同时相应地改变比例系数和积分时间，反复试凑 至获得满意的控制效果和 PID 控制参数。 PID 参数对控制质量

4、的影响不十分敏感。因而不同的比例、积分、微分的组合，可能达到相 近的控制效果。实际应用中，只要受控过程或受控对象的主要指标达到设计要求，相应的控 制器参数即可作为有效的控制参数 实验经验法调整 PID 参数的方法中较常用的是扩充临界比例度法,其最大的优点是，参数 的整定不依赖受控对象的数学模型，直接在现场整定、简单易行。 扩充比例度法适用于有自平衡特性的受控对象，是对连续-时间 PID 控制器参数整定的临 界比例度法的扩充。 扩充比例度法整定数字 PID 控制器参数的步骤是： （1） 预选择一个足够短的采样周期 TS。 一般说 TS 应小于受控对象纯延迟时间的十分之一。 （2）用选定的 TS

5、使系统工作。这时去掉积分作用和微分作用，将控制选择为纯比例控制 器，构成闭环运行。逐渐减小比例度，即加大比例放大系数 KP，直至系统对输入的阶跃信 号的响应出现临界振荡（稳定边缘） ，将这时的比例放大系数记为 Kr,临界振荡周期记为 Tr。 （3）选择控制度。 控制度，就是以连续-时间 PID 控制器为基准，将数字 PID 控制效果与之相比较。 通常采用误差平方积分 作为控制效果的评价函数。 定义控制度 （3-25） 采样周期 TS 的长短会影响采样-数据控制系统的品质，同样是最佳整定，采样-数据控制 系统的控制品质要低于连续-时间控制系统。因而，控制度总是大于 1 的，而且控制度越大， 相应

6、的采样-数据控制系统的品质越差。控制度的选择要从所设计的系统的控制品质要求出 发。 （4） 查表确定参数。 根据所选择的控制度， 查表3一2， 得出数字PID中相应的参数TS,KP,TI 和 TD。 （5）运行与修正。将求得的各参数值加入 PID 控制器,闭环运行,观察控制效果,并作适当的 调整以获得比较满意的效果。 采样一数据控制系统中，设采样周期为 TS，采样速率为 1/TS，采样角频率为 采样周期 TS 是设计者要精心选择的重要参数，系统的性能与采样周期的选择有密切关系。 采样周期的选择受多方面因素的影响,主要考虑的因素分析如下。 （1）香农（Shannon）采样定理 （Wmax-被采样

7、信号的上限角频率） 给出了采样周期的上限。满足这一定理，采样信号方可恢复或近似地恢复为原模拟信号，而 不丢失主要信息。在这个限制范围内，采样周期越小，采样-数据控制系统的性能越接近于 连续-时间控制系统。 （2）闭环系统对给定信号的跟踪，要求采样周期要小。 （3）从抑制扰动的要求来说，采样周期应该选择得小些。 （4）从执行元件的要求来看，有时要求输入控制信号要保持一定的宽度。 （5）从计算机精度考虑，采样周期不宜过短。 （6）从系统成本上考虑，希望采样周期越长越好。 综合上述各因素，选择采样周期，应在满足控制系统的性能要求的条件下， 尽可能地选 择低的采样速率。 工业控制中，大量的受控对象都具

8、有低通的性质。下面图 3-12 给出了选择采样周期的经 验。 表 3-1 给出了常用被控量的经验采样周期。 采样周期的选择，要根据所设计的系统的具体情况，用试凑的方法，在试凑过程中根据 各种合理的建议来预选采样周期，多次试凑，选择性能较好的一个作为最后的采样周期。 pid 参数整定 经验凑试法在实践中最为实用。我们在整定参数时，必须认真观察系统响应情况，根据系统 的响应情况决定调整那些参数。在调整参数时，应该知道各种调节作用的特点。这样才能做 到有的放矢。 比例调节作用比例调节作用的特点：的特点： 1 调节作用快，系统一出现偏差，调节器立即将偏差放大 1/P 倍输出。 2 系统存在余差 比例带

9、越大，过渡过程约平稳，但余差越大，比例带越小，过渡过程易振 荡，比例带太小时，就可能出现发散振荡。积分调节的特点：积分调节作用的输出变化与输 入偏差的积分成正比， 积分调节作用的输出不仅取决与偏差信号的大小， 还取决于偏差存在 的时间，只要 有偏差存在,尽管偏差可能很小，但它存在的时间越长，输出信号就越大，只 有消除偏差，输出才停止变化。微分调节的特点：微分调节的输出是与被调量的变化率成正 比。在比例微分调节作用下，有时尽管偏差很小，但其变化速度很快，则微分调节器就有一 个较大的输出。 根据 PID 个调节器的特点，不难得出他们的适用范围： 比例调节：对调节质量要求不高的系统，对系统余差没有过

10、高要求，比如一些简单的液位比例调节：对调节质量要求不高的系统，对系统余差没有过高要求，比如一些简单的液位 调节，温度调节等。调节，温度调节等。 比例积分调节：适用面广，对于调节对象惯性较小的系统，比如压力，流量，液位等。对比例积分调节：适用面广，对于调节对象惯性较小的系统，比如压力，流量，液位等。对 于惯性较大的系统如温度系统，调节时间可能较长，超调量也较大。对于负荷变化特别剧于惯性较大的系统如温度系统，调节时间可能较长，超调量也较大。对于负荷变化特别剧 烈的系统，由于积分作用不能及时反映，也会使得调节作用不够及时。烈的系统，由于积分作用不能及时反映，也会使得调节作用不够及时。 比例积分微分调

11、节：PID 调节综合了各类调节器的优点，具有很好的调节性能。但不是所有 的对象都适合采用 PID 调节规律，应根据对象来确定选用 PI、PD、PID 调节规律。 经验值： 在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。 总之，在整定时不能让系统出现发散振荡。如出现发散振荡，应立即切为手动，等系统稳定 后增大比例带、积分时间或减小微分时间，重新切换到自动。 比例带越大，过渡过程越平稳，但余差越大。比例带越小，过渡过程容易发生振荡。积分时 间越小，消除余差就越快,但系统振荡会较大，积分时间越大，系统消除余差的速度较慢。

12、微分时间太大，系统振荡次数增加，调节时间增加，微分太小，系统调节缓慢。 一句话：整定参数时要认真观察系统输出及被调量的变化情况，再根据具体情况适当修改 PID 参数。可以说，绝大多数控制系统采用 PID 调节都能满足要求。 Ziegler-Nichols 方法参数整定方法参数整定 在闭环控制系统中，增加积分控制增加了系统的稳态误差精度，由于不断累计误差，能使误 差迅速消除，但能使系统产生超调；而在系统中增加微分控制，能够增加系统的阻尼，提高 动态响应速度， 由于控制器能够补偿绝大多数的控制系统， 整定方法简单， 鲁棒性好， 因此是目前应用最广泛的控制器 Ziegler-Nichols 方法是基

13、于系统稳定性分析的方法是基于系统稳定性分析的 PID 整定方法在设计过程中无需考虑整定方法在设计过程中无需考虑 任何特性要求，整定方法非常简单，但控制效果却比较理想具体整定方法如下：任何特性要求，整定方法非常简单，但控制效果却比较理想具体整定方法如下： 首先，置，然后增加比例系数一直到系统开始振荡（闭环系统的极点首先，置，然后增加比例系数一直到系统开始振荡（闭环系统的极点 在在 轴上） ；轴上） ； 再将该比例系数乘以再将该比例系数乘以 0.6,其他参数按照以下公式计算：其他参数按照以下公式计算： * *4* * 上式中为比例控制参数上式中为比例控制参数 为微分控制参数为微分控制参数 为积分控

14、制参数为积分控制参数 为系统开始振荡时的比例为系统开始振荡时的比例值；值； 为振荡时的频率为振荡时的频率 关于控制直流电机参数整定之我见！ ！ 我以前总认为参数， 让它工作应该不难， 难的是想让它工作的好一点， 更加好一点。 但现在看来很是错， 对于象我这样的初学者往往只重视这个， 却很是忽略能工 作的“基础环境”。 、所谓的“基础环境”就是控制对象的工作范围，我就说说我自己在搞的这个电流环吧， 比如说电流的基准值是，也就是说我的波的周期为，哦，忘了说 了，我控制方式是双极性桥控制。这样在为正转，为反转， 因为刚开始也没考虑那么多， 结果去检测电流后的转换是， 更要命的是我 以为是万能的，只要

15、把这些参数整一下也应该能搞定的，结果可想而知了，感叹自己 的无知啊！ ！保险丝断了一大箩，这才恍然大悟，“万能的”参数给了我重重的打击。 各个参数的工作范围设计是多么的重要啊。 所谓的参数只是在这个基础环境之上工作 与控制的。 。 。 。 、现在我开始想搞速度控制了（速度环） ，结果你想好了，速度环的输出控制目标是电 流环的给定电流参考值， 但我搞的速度是转速， 现在不知道是怎么样把转速和 这个电流参考输出值对应起来， 就是说我的工作参数又不在一个范围了， 转速是 ，而电流值是，该怎么控制对应啊，我现在都晕了。 。 。 。 望大家给点建议和 思路，谢谢！ ！ ！ 、今天就说到这儿了，自己这里没

16、有前辈和老师可问，一个人在“闭门造车”，累啊，请 同行们给于帮助和指点，先谢谢了！ ！ ！ ！ 敬上！ ！ ！ 控制电动阀的开度来达到控制温度是可以的， 我个人认为用比例电磁阀替代电动阀完全可以 实现 PID 的控制。因为比例电磁阀有标准的模拟量输入信号和反馈信号而且具有 PID 调节 功能。经过多年的工作经验，我个人认为 PID 参数的设置的大小，一方面是要根据控制对 象的具体情况而定； 另一方面是经验。另一方面是经验。 P 是解决幅值震荡，是解决幅值震荡， P 大了会出现幅值震荡的幅度大，大了会出现幅值震荡的幅度大， 但震荡频率小，系统达到稳定时间长；但震荡频率小，系统达到稳定时间长；I

17、是解决动作响应的速度快慢的，是解决动作响应的速度快慢的，I 大了响应速度慢，大了响应速度慢， 反之则快；反之则快；D 是消除静态误差的，一般是消除静态误差的，一般 D 设置都比较小，而且对系统影响比较小。设置都比较小，而且对系统影响比较小。对于温 度控制系统P在5-10%之间； I在180-240s之间； D在30以下。 对于压力控制系统P在30-60% 之间；I 在 30-90s 之间；D 在 30 以下。 PID 是比例，积分，微分的缩写. 比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现 了偏差， 比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。 比例作用大， 可以加快调节， 减少误差， 但是过

18、大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。积分调节作用：是使系统 消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积 分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数 Ti，Ti 越小，积分作用就越强。 反之 Ti 大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常 与另两种调节规律结合，组成 PI 调节器或 PID 调节器。微分调节作用：微分作用反映系统 偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在 偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时 间选择合适情

19、况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此 过强的加微分调节， 对系统抗干扰不利。 此外， 微分反应的是变化率， 而当输入没有变化时， 微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成 PD 或 PID 控制器。 PID 控制中如何整定 PID 参数 1，概述 作为经典的控制理论，PID 控制规律仍然是当今工控行业的主导控制方式，无论复杂、 简单的控制任务，PID 控制都能取得满意的控制效果，前提是 PID 参数必须选择合适。 可以说，通过适当的 PID 参数，PID 控制可以得到各种输出响应特性，也就是说，通过 适当给定 PID 参数，大多

20、数的控制任务都可以由 PID 完成。 3，PID 控制原理 经典 PID 控制理论中，基本数学模型有两种（连续型、增量型） ，PID 模型的增量控制 数学模型可以简单地用下式表示： PID 参数包括： 比例倍数-表达式中的 K 积分时间-表达式中的 Ti（秒） 实际微分时间-Td（秒） 微分增益-表达式中的 Kd 积分分离-当 PID 偏差 E（k）超过“积分分离”值时，PID 命令不进行积分项运算， 防止积分饱和。当积分分离为 0 时，PID 命令变成了 PD 命令，不进行积分运算。 上限限制-用来限制 PID 命令输出的最大值，即 PID 输出不能大于该值。 下限限制-用来限制 PID 命

21、令输出的最小值，即 PID 输出不能小于该值。 用用 K=0 来关闭来关闭 PID 命令的比例项， 用命令的比例项， 用“积分分离积分分离”=0 来关闭来关闭 PID 命令的积分项， 用命令的积分项， 用 Kd=0 来关闭来关闭 PID 命令的微分项。通过关闭不同的功能实现命令的微分项。通过关闭不同的功能实现 P、PI、PD、PID 等控制功能。等控制功能。 4，PID 参数对输出响应的作用 下面以 PID 输入 E（k）的阶跃变化，描述 K、Ti、Td、Kd 参数在 PID 运算中的作用， 适当地修改各参数的数值，可以获得不同的控制特性，满足不同的控制要求，从而完成 PID 参数的整定。 P

22、ID 参数对输入偏差阶跃变化的响应特性 从上图中可以清楚看到 PID 参数在控制过程中所起的作用，通过实际控制效果，可以 给定合适的 PID 参数，达到满意的控制效果。 4、PID 控制的原理和特点 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称 PID 控制， 又称 PID 调节。PID 控制器问世至今已有近 70 年历史，它 以其结构简单、稳定性好、工作 可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握， 或得不到精确的数学模型时， 控制理论的其它技术难以采用时， 系统控制器的结构和参数必 须依靠经验和现场调试来确定，这时应用 PID

23、控制技术最为方便。即当我们不完全了解一 个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用 PID 控制技 术。PID 控制，实际中也有 PI 和 PD 控制。PID 控制器就是根据系统的误差，利用比例、 积 分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。 其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。 当仅有比 例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error） 。 积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如 果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称

24、有差系统 （System with Steady-state Error） 。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项” 。积 分项对误差取决于时间的积分， 随着时间的增加， 积分项会增大。 这样， 即便误差很小， 积 分 项也会随着时间的增加而加大， 它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小， 直到等于 零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳 态误差。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自 动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。 其原因是由于存在有较大惯 性组件（环节）或有滞后(del

25、ay)组件，具有抑制误差的作用， 其变化总是落后于误差的变 化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前” ，即在误差接近零时，抑制误差的作用 就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是 放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项” ，它能预测误差变化的趋势，这样，具有 比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了 被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系 统在 调节过程中的动态特性。 5、PID 控制器的参数整定 PID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被

26、控过程的特性确定 PID 控 制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID 控制器参数整定的方法很多，概括起来 有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器 参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。 二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易 于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID 控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、 反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公 式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需

27、要在实际运 行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID 控制器参 数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制 环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡， 记下这时的比例放大系数和临界振荡周 期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到 PID 控制器的参数。 介绍几种 PID 参数的整定 PID 调节规律对于很多工程技术人员已经耳熟能详，它是在经典控制理论基础上发展出来 的。但是，我们发现，在实际的过程控制中，很多工程技术人员对于如何正确整定这些参数 往往会束手无策，甚至无从下手，本文尝试介绍几种常用的方法，以期望对大

28、家的工作有所 帮助。 控制器的参数与系统所处的稳态工况有关。一旦工况改变了，也就是过程对象的“特性”改变 了，那么控制器参数的“最佳”值也就随着改变。这就意味着需要随时整定控制器的参数，以 满足控制系统满足过程控制对象的快速性、准确性和稳定性要求。 以下所作介绍，都是从理论书籍中来，欢迎批评指正，交流提高。 实时控制一般要求被控过程是稳定的，对给定量的变化能够迅速响应，超调量要小（满足一 定的指标要求）且有一定的抗干扰能力。同时满足上述要求似乎是很困难的，尤其在实际应 用中。但主要指标必须要满足。参数的选择可以即通过实验确定，也可以通过试凑法或者经 验数据法得到。以下为这主要集中参数整定方法。

29、 1、经验数据法经验数据法 PID 控制器的参数整定在大量的工程实践中， 逐渐被广大工程技术人员经过大量的经验积累 找到了一种快捷的整定方法，就是我们现在介绍的所谓“经验法”。实际上比例、积分和微分 三部分作用是相互影响的，应用经验法可避免一些重复工作，节省调试时间，尤其是在缺少 一些资料和试验数据的时候。从应用的角度看，只要被控对象主要指标达到设计要求，能满 足现场要求即可。长期的实践经验发现，各种不同被控对象的 PID 的参数都是有一定规律 的，也就是说有一定的数据范围。这样就为现场调试提供了一个大致基准，可方便依据此基 准迅速查找。 2、试凑法试凑法 顾名思义，试凑法就是根据过渡过程中被

30、调参数变化的情况进行再调整 PID 参数的方法。 此法边观察过程曲线（此法边观察过程曲线（过程变量变化情况） ，边修改参数，直到满意为止。过程变量变化情况） ，边修改参数，直到满意为止。 大家都知道，增大比例系数增大比例系数 Kp 会加快系统的响应速度，提高系统的快速性。但过大的比例会加快系统的响应速度，提高系统的快速性。但过大的比例 系数会使系统有较大的超调，有可能产生振荡使稳定性变差，并且有稳态误差。减小积分系数会使系统有较大的超调，有可能产生振荡使稳定性变差，并且有稳态误差。减小积分 系数系数 KI 将减少积分作用（与积分将减少积分作用（与积分时间时间常数的变化相反） ，有利于减少超调使

31、系统稳定，减常数的变化相反） ，有利于减少超调使系统稳定，减 小系统稳态误差，但系统消除静差的速度慢。小系统稳态误差，但系统消除静差的速度慢。增加微分系数 KD 有利于加快系统的响应，使 系统提前作出响应，使超调减少，稳定性增加，但缺点明显，对干扰的抑制能力差，而且整 定不当反而使系统处于不稳定状态。试凑时，一般可根据以上各参数特点，对参数实行先比对参数实行先比 例、后积分、再微分的步骤进行整定。例、后积分、再微分的步骤进行整定。 （1） 比例部分整定。比例部分整定。首先将积分系数 KI 和微分系数 KD 置零，取消微分和积分作用而采 用纯比例控制。将比例系数 Kp 由小到大变化，观察系统的响

32、应，直至响应速度快，且有一 定范围的超调为止。如果系统静差在规定范围之内，且响应曲线已满足设计要求，那么只需 用纯比例调节器即可。 （2） 积分部分整积分部分整定。定。如果比例控制系统的静差达不到设计要求，这时可以加入积分作用。 在整定时将积分系数 KI 由小逐渐增加（积分作用就逐渐增强） ，观察输出，系统的静差应 逐渐减少直至消除（在性能指标要求下） 。反复试验几次，直到消除静差的速度满意为止。 注意这时的超调量会比原来加大，可能需要适当降低一些比例系数 Kp。 （3） 微分部分整定。微分部分整定。若使用比例积分（PI）控制器经反复调整仍达不到设计要求，应考虑 加入微分作用。整定时先将微分系

33、数 KD 从零逐渐增加（微分作用逐渐增强） ，观察超调量 和稳定性，同时相应地微调比例系数 Kp、积分系数 KI，逐步试凑，直到满意为止。注意， 在设计控制系统时，应使微分环节为实际微分环节，而不可以是理想微分环节。 这种方法的基本程序是先根据运行经验，确定一组调节器参数，并将系统投入闭环运行，然 后人为地加入阶跃扰动（如改变调节器的给定值） ，观察被调量或调节器输出的阶跃响应曲 线。若认为控制质量不满意，则根据各整定参数对控制过程的影响改变调节器参数。这样反 复试验，直到满意为止。 经验法简单可*， 但需要有一定现场运行经验， 整定时易带有主观片面性。 当采用 PID 调节器时，有多个整定参

34、数，反复试凑的次数增多，不易得到最佳整定参数。 下面以下面以 PID 调节器为例，具体说明经验法的整定步骤：调节器为例，具体说明经验法的整定步骤： 让调节器参数积分系数让调节器参数积分系数 S0=0，实际微分系数，实际微分系数 k=0，控制系统投入闭环运行，由小，控制系统投入闭环运行，由小 到大改变比例系数到大改变比例系数 S1，让扰动信号作阶跃变化，观察控制过程，直到获得满意的控制过程，让扰动信号作阶跃变化，观察控制过程，直到获得满意的控制过程 为止。为止。 取比例系数取比例系数 S1 为当前的值乘以为当前的值乘以 0.83， 由小到大增加积分系数， 由小到大增加积分系数 S0， 同样让扰动

35、信号， 同样让扰动信号 作阶跃变化，直至求得满意的控制过程。作阶跃变化，直至求得满意的控制过程。 积分系数积分系数 S0 保持不变，改变比例系数保持不变，改变比例系数 S1，观察控制过程有无改善，如有改善则继，观察控制过程有无改善，如有改善则继 续调整，直到满意为止。否则，将原比例系数续调整，直到满意为止。否则，将原比例系数 S1 增大一些，再调整积分系数增大一些，再调整积分系数 S0，力求改善，力求改善 控制过程。如此反复试凑，直到找到满意的比例系数控制过程。如此反复试凑，直到找到满意的比例系数 S1 和积分系数和积分系数 S0 为止。为止。 引入适当的实际微分系数引入适当的实际微分系数 k

36、 和实际微分时间和实际微分时间 TD，此时可适当增大比例系数，此时可适当增大比例系数 S1 和和 积分系数积分系数 S0。和前述步骤相同，微分时间的整定也需反复调整，直到控制过程满意为止。和前述步骤相同，微分时间的整定也需反复调整，直到控制过程满意为止。 注意：仿真系统所采用的 PID 调节器与传统的工业 PID 调节器有所不同，各个参数 之间相互隔离，互不影响，因而用其观察调节规律十分方便。 PID 参数是根据控制对象的惯量来确定的。大惯量如：大烘房的温度控制，一般 P 可在 10 以上,I=3-10,D=1 左右。小惯量如：一个小电机带一水泵进行压力闭环控制，一般只用 PI 控 制。P=1

37、-10,I=0.1-1,D=0,这些要在现场调试时进行修正的。 = 一般是这样子调节：先逐渐增大 P 增益，调到振荡发生前的最大值， 再逐渐减小 I 增益，调节到振荡发生前的最大值， 最后逐渐增大 D 增益，调节到振荡发生前的最大值。 = 1. PID 调节器的适用范围 PID 调节控制是一个传统控制方法，它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有现场，不 同的现场，仅仅是 PID 参数应设置不同，只要参数设置得当均可以达到很好的效果。均可 以达到 0.1%，甚至更高的控制要求。 2. PID 参数的意义和作用指标分析 P、I、D： y=yP+yi+ yd 2.1. P 参数设置 名称：比例带参

38、数，单位为(%)。 比例作用定义： 比例作用控制输出的大小与误差的大小成正比， 当误差占量程的百分比达到 P 值时，比例作用的输出=100%，这 P 就定义为比例带参数。即 yp= 100% = 100% = Kp Err (1) （其中：yP=KP、=SP-PV，取 0-100%） KP=1/（FS P） 也可以理解成，当误差达到量程乘以 P(%)时，比例作用的输出达 100%。 例：对于量程为 0-1300的温控系统，当 P 设置为 10%时，FS 乘以 P 等于 130，说明当 误差达到 130时， 比例作用的输出等于 100%， 误差每变化 1， 比例作用输出变化 0.79%， 若需加

39、大比例作用的调节能力，则需把 P 参数设置小些，或把量程设置小些。具体多少可 依据上述方法进行定量计算。 P=输出全开值/FS 100% P 参数越小比例作用越强，动态响应越快，消除误差的能力越强。但实际系统是有惯性的， 控制输出变化后，实际 PV 值变化还需等待一段时间才会缓慢变化。由于实际系统是有惯性 的，比例作用不宜太强，比例作用太强会引起系统振荡不稳定。P 参数的大小应在以上定量 计算的基础上根据系统响应情况，现场调试决定，通常将 P 参数由大向小调，以能达到最 快响应又无超调(或无大的超调)为最佳参数。 2.2. I 参数设置 名称：积分时间，单位为秒。 积分作用定义：对某一恒定的误

40、差进行积分，令其积分“I”秒后，其积分输出应与比例作用 等同，这 I 就定义为积分时间。即： KiI O Errdt = Ki I Err = Kp Err (2 ) Ki = Kp /I (3 ) yi = Ki t o Err (t)dt (4 ) 为什么要引进积分作用呢？ 前面已经分析过，比例作用的输出与误差的大小成正比，误差越大，输出越大，误差越小， 输出越小，误差为零，输出为零。由于没有误差时输出为零，因此比例调节不可能完全消除 误差，不可能使被控的 PV 值达到给定值。必须存在一个稳定的误差，以维持一个稳定的输 出，才能使系统的 PV 值保持稳定。这就是通常所说的比例作用是有差调节

41、，是有静差的， 加强比例作用只能减少静差，不能消除静差(静差：即静态误差，也称稳态误差)。 为了消除静差必须引入积分作用，积分作用可以消除静差，以使被控的 PV 值最后与给定值 一致。引进积分作用的目的也就是为了消除静差，使 PV 值达到给定值，并保持一致。 积分作用消除静差的原理是， 只要有误差存在， 就对误差进行积分， 使输出继续增大或减小， 一直到误差为零，积分停止，输出不再变化，系统的 PV 值保持稳定，PV 值等于 SP 值，达 到无差调节的效果。 但由于实际系统是有惯性的，输出变化后，PV 值不会马上变化，须等待一段时间才缓慢变 化，因此积分的快慢必须与实际系统的惯性相匹配，惯性大

42、、积分作用就应该弱，积分时间 I 就应该大些，反之而然。如果积分作用太强，积分输出变化过快，就会引起积分过头的现 象，产生积分超调和振荡。通常 I 参数也是由大往小调，即积分作用由小往大调，观察系统 响应以能达到快速消除误差，达到给定值，又不引起振荡为准。 3. D 参数设置 名称：微分时间，单位为秒 定义：D 是指微分作用的持续时间，是指从微分作用产生时刻起到微分作用衰减到零(接近 零)所花的时间。如下图所示。 为什么要引进微分作用呢？ 前面已经分析过， 不论比例调节作用， 还是积分调节作用都是建立在产生误差后才进行调节 以消除误差， 都是事后调节， 因此这种调节对稳态来说是无差的， 对动态

43、来说肯定是有差的， 因为对于负载变化或给定值变化所产生的扰动， 必须等待产生误差以后， 然后再来慢慢调节 予以消除。 但一般的控制系统，不仅对稳定控制有要求，而且对动态指标也有要求，通常都要求负载变 化或给定调整等引起扰动后， 恢复到稳态的速度要快， 因此光有比例和积分调节作用还不能 完全满足要求，必须引入微分作用。比例作用和积分作用是事后调节(即发生误差后才进行 调节)，而微分作用则是事前预防控制，即一发现 PV 有变大或变小的趋势，马上就输出一 个阻止其变化的控制信号，以防止出现过冲或超调等。 D 越大，微分作用越强，D 越小，微分作用越弱。系统调试时通常把 D 从小往大调，具体 参数由试

44、验决定。 如：由于给定值调整或负载扰动引起 PV 变化，比例作用和微分作用一定等到 PV 值变化后 才进行调节，并且误差小时，产生的比例和积分调节作用也小，纠正误差的能力也小，误差 大时，产生的比例和积分作用才增大。因为是事后调节动态指标不会很理想。而微分作用可 以在产生误差之前一发现有产生误差的趋势就开始调节，是提前控制，所以及时性更好，可 以最大限度地减少动态误差， 使整体效果更好。 但微分作用只能作为比例和积分控制的一种 补充，不能起主导作用，微分作用不能太强，太强也会引起系统不稳定，产生振荡，微分作 用只能在 P 和 I 调好后再由小往大调，一点一点试着加上去。 4. PID 综合调试

45、 比例作用，积分作用和微分作用的关系是：比例作用是主要调节作用，起主导作用。 积分作用是辅助调节作用；微分作用是补偿作用。 在实际调试时可按以下步骤进行。 1) 关掉积分作用和微分作用，先调 P。即令 I3600 秒，D = 0 秒，将将 P 由大往小调以达到由大往小调以达到 能快速响应，又不产生振荡为好。并需结合量程进行定量估算。能快速响应，又不产生振荡为好。并需结合量程进行定量估算。 2) P 调好后再调 I，I 由大往小调，以能快速响应，消除静差，又不产生超调为好，或有少 量超调也可以。I 应考虑与系统惯性时间常数相匹配。一般 I 值和惯性时间差不多。 3) P、I 调好后，再调 D。一

46、般的系统 D =0，1 或 2。只有部分滞后较大的系统，D 值才可能 调大些。 4) PID 参数修改后，可以少量修改给定值，观察系统的跟踪响应，以判断 PID 参数是否合 适。 5) P 值太小，I 值太小或 D 值太大均会引起系统超调振荡。 6) 对于个别系统，如加温快降温慢，或升压快降压慢，或液位升得快降得慢等不平衡系统 是很难控制的，更难兼顾动态指标，只能将 P 调大些，I 值也调大些，牺牲动态指标来保证 稳态指标。这是由系统的不可控制特性所决定的，而与 PID 调节器的性能无关。 1. PID 调试步骤 没有一种控制算法比 PID 调节规律更有效、更方便的了。现在一些时髦点的调节器基

47、 本源自 PID。甚至可以这样说：PID 调节器是其它控制调节算法的妈。 为什么 PID 应用如此广泛、又长久不衰？ 因为 PID 解决了自动控制理论所要解决的最基本问题，既系统的稳定性、快速性和准确 性。调节 PID 的参数，可实现在系统稳定的前提下，兼顾系统的带载能力和抗扰能力，同 时，在 PID 调节器中引入积分项，系统增加了一个零积点，使之成为一阶或一阶以上的系 统，这样系统阶跃响应的稳态误差就为零。 由于自动控制系统被控对象的千差万别，PID 的参数也必须随之变化，以满足系统的性 能要求。这就给使用者带来相当的麻烦，特别是对初学者。下面简单介绍一下调试 PID 参 数的一般步骤： 1

48、负反馈 自动控制理论也被称为负反馈控制理论。首先检查系统接线，确定系统的反馈为负反自动控制理论也被称为负反馈控制理论。首先检查系统接线，确定系统的反馈为负反 馈。例如电机调速系统，馈。例如电机调速系统，输入信号为正，要求电机正转时，反馈信号也为正（输入信号为正，要求电机正转时，反馈信号也为正（PID 算法时，算法时， 误差误差=输入输入-反馈） ，同时电机转速越高，反馈信号越大。其余系统同此方法。反馈） ，同时电机转速越高，反馈信号越大。其余系统同此方法。 2PID 调试一般原则调试一般原则 a.在输出不振荡时，增大比例增益在输出不振荡时，增大比例增益 P。 b.在输出不振荡时，减小积分时间常数在输出不振荡时，减小积分时间常数 Ti。 c.在输出不振荡时，增大微分时间常数在输出不振荡时，增大微分时间常数 Td。 3一般步骤一般步骤 a.确定比例增益确定比例增益 P 确定比例增益确定比例增益 P 时，首先去掉时，首先去掉 PID 的积分项和微分