PID参数整定过程.doc

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1、PID参数整定过程邓文清摘要：本文通过对PID控制的理论分析，得出P、I、D各参数在控制中的作用，并使用MATLAB软件完整的仿真了一个普通PID的参数整定过程，能直观的看出各参数在自动控制中的功能，便于深入理解PID的含义和整定过程，对工作中DCS的PID参数整定有一定参考价值。关键词：PID参数整定 DCS MATLAB仿真 串级调节1自动控制原理简介一个典型的自动控制回路是由调节器、调节器、被控对象、检测变送环节四大部分组成。其原理图如下：其系统传递函数框图如下：其中为过程通道特性，其中为不包含过程纯滞后部分的传递函数；为过程扰动通道传递函数；为调节器的传递函数。则单回路系统闭环传递函数

2、为 控制回路控制质量的好坏，直接影响到生产工艺的平稳、产品的质量和数量。而在自动控制中，一个好的PID参数能给控制回路带来很好的控制品质，提高生产的平稳性和提高产品收率。下面就PID控制的原理和PID参数整定的方法进行探讨。2PID经典控制分析PID控制器的数学描述为：式中，为误差信号；为控制器输出信号；为比列系数；为积分时间常数；为微分时间常数。PID控制是比例积分微分控制的简称。在生产过程自动控制的发展中PID控制是历史悠久，生命力最强的基本控制方式。PID控制有原理简单，使用方便，适应性强的优点，广泛应用于化工、热工、冶金、炼油以及建材等各种生产部门。PID控制是一种负反馈控制，因为在反

3、馈控制系统中，自动调节器和被控对象构成一个闭合回路。在连接成闭合回路是可能有两中情况：正反馈和负反馈。正反馈作用加剧被控对象流入量流出量的不平衡，从而导致系统不稳定；负反馈作用则是缓解其中的不平衡，这样才能正确地达到自动控制的目的。2. 1 P调节（比例调节）比例调节的显著的特点：有差调节。在过程控制中习惯用增益的倒数来表示调节器输入输出之间的比例关系：其中其中称为比例带。在生产过程运行中经常会发生负荷变化即物料能量和流量的大小的变化。如果采用比例调节，则在负荷扰动下的调节过程结束后，被调量不可能与设定值准确相等，他们之间一定有残差存在。 比例带对调节过程的影响：比例调节的残差随着比例带的加大

4、而加大。然而，减小比例带就等于加大调节系统的开环增益P，其后果是导致系统激烈振荡甚至不稳定。稳定是任何系统闭环控制的首要要求，比例带的设置必须保证系统具有一定的稳定裕度。对于典型的工业过程，P对于调节过程的影响为，当P很大时意味着调节阀的动作幅度很大，引起被调量来回波动，但系统仍可能是稳定的，残差相应减小。P具有一个临界值，当处于临界值时系统就等幅震荡，此时进一步增大P系统就不稳定，就会导致系统发散而不能控制了。减小P就减小了调节阀的动作幅度，因此被调量变化比较平稳，甚至可没有超调量，但残差很大调节时间也很长。2.2、I调节（积分调节）积分调节的特点：无差调节，与P调节的有差调节成鲜明的对比。

5、在积分调节器的动作过程中只有当被调量偏差e为零时，积分调节器的输出才会保持不变。然而与此同时，调节器的输出却可以停留在任何数值上。这意味着被控对象在负荷扰动下的调节过程结束后，被调量没有残差，而调节阀则可以停止在新的负荷所需要的开度上。积分调节的另一个特点是它的稳定作用比比例调节的稳定作用差。对于非自衡的被控对象，如果采用比例调节时，只要加大比例带总可以使系统稳定，如果采用积分调节则不可能得到稳定的系统。对于同一个系统的同一个被控对象，采用积分调节过程的进度总是比采用比例调节时缓慢，表现为振荡频率底。积分速度对于调节过程的影响：采用积分调节时，控制系统的开环增益与积分速度成正比，因此，增大积分

6、速度会降低控制系统的稳定程度，直到最后的发散振荡过程。调节阀的动作越快，就越容易引起和加剧震荡。但是与此同时，振荡频率将越来越高，而动态偏差则越来越小。被调量最后没有残差是积分调节的特点。2.3、D调节（微分调节）微分调节的特点：超前调节。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

7、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，具有比例加微分的控制器，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（液面控制时罐的横切面积比较大）或滞后（温度控制时炉温变化的缓慢）的被控对象，加入微分构成PD、PID控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。2.4、PI调节（比例积分调节）PI调节就是综合了比例调节和积分调节的优点，利用比例调节的快速性抵消干扰的影响，同时利用积分调节消除残差。比例积分调节器的阶越响应，它是由比例动作和积分动作两个部分组成的。用积分时间可以衡量积分部分在总

8、输出中所占的比重，积分时间越小，积分部分所占的比重就越大。比例积分调节引入了积分动作带来消除系统残差之好处的同时，却降低了原有系统的稳定性。为保证控制系统原来的衰减率，比例积分调节器就必须将比例带适当加大。所以比例积分调节是在稍微牺牲控制系统的动态品质以换较好的稳定性能。 在比例带不变的情况下，减小积分时间将使控制系统的稳定性下降、振荡加剧、调节过程加快、振荡频率升高 。具有积分作用的调节器，只要被调量设定值之间有偏差，其输出就会不停地变化。如果由于某种原因，被调量偏差一时无法消除，然而调节过程还是要试图校正这个偏差，结果经过一段时间后，调节器输出将进入深度饱和状态，这种现象即是积分饱和现象。

9、进入积分饱和的调节器要等被调量偏差反向后才慢慢从饱和状态中退出来，重新恢复控制作用。积分饱和现象经常出现在自动启动间歇过程的控制系统、串级系统中的调节器以及像选择控制这样的复杂控制系统中。PI调节器相当于积分调节器与PD调节器的串联，兼具二者的优点。利用积分部分提高系统的无差度，改善系统的稳态性能；并利用PD调节器改善动态性能，以抵消积分部分对动态的不利影响.。PI调节器主要用于在基本保证闭环系统稳定性的前提下改善系统的稳态性能，绝大部分控制回路用PI调节器即可获得很好的控制效果。 2.5、PID调节（比例积分微分调节）在PI调节器中引入微分构成PID调节器，由于微分调节有一定的预见性，在系统

10、的被控量出现较大的偏差之前，给出一个微分作用抑制较大的超调量。比例调节、积分调节都是根据当前偏差的方向和大小进行调节的，不管那时被控对象中流人量与流出量之间有多大的不平衡，而这不平衡正决定着此后被调量将如何变化的趋势。由于被调量的变化速度（包括其大小和方向）可以反映当时或稍前一些时间流入、流出量之间不平衡情况。微分调节器能根据被调量的变化进度来移动调节阀，而不是等到被调量已经出现较大的偏差后才开始调节，这种调节器在被调量有较大变化趋势的时候能取得较好的控制效果。然而这种微分调节器不能单独工作，因为实际中的调节器都有一定的失灵区，流入量与流出量之差很小是时调节器察觉不到不会动作，要等到偏差积累到

11、一定的程度湖才开始动作，着是不允许的。因此微分调节器只能起辅助调节作用，它可以与其它调节动作结合成PD和 PID控制器。比例微分调节也是有差调节。微分调节动作总是力图抑制被调量的振荡，它有提高控制系统稳定性的作用，适度引入微分动作可以允许稍许减小比例带，同时保持衰减率不变。因此，利用微分控制反映信号的变化率（即变化趋势）的“预报”作用，在偏差信号变化前给出校正信号，防止系统过大地偏离期望值和出现剧烈振荡的倾向，有效地增强系统的相对稳定性，而比例部分则保证了在偏差恒定时的控制作用。 可见，比例微分控制同时具有比例控制和微分控制的优点，可以根据偏差的实际大小与变化趋势给出恰当的控制作用。 PD调节

12、器主要用于在基本不影响系统稳态精度的前提下提高系统的相对稳定性，改善系统的动态性能。比例积分微分调节则是综合了三者的优点，通过整定PID的三个参数比例系数、积分增益、微分增益对一般的系统都能获得较好的控制效果。2.6、小结 PID各环节物理意义PID控制结构简单，且比例增益Kp（P） 、积分增益Ki(I)、微分增益Kd(D)有着明显的物理意义：Kp比例控制器直接响应与当前的误差信号，一旦发生误差信号，则控制器立即发生作用以减少偏差，当P增大则偏差下降，但是如果P无限增大则会使闭环系统不稳定。Ki=Kp/Ti积分控制器对以往的误差发生作用，能消除控制中静态误差，但I的增加(积分时间的减少)会增加

13、系统的超调量。如果I无限增加（积分时间无限减小）会使闭环系统不稳定。Kd=KpTd微分控制器对误差的导数，即误差的变化率发生作用有一定的报警功能，能在误差有大的变化趋势时施加适当的控制，微分增益的增大能增加系统的响应速度，减小调节时间。但是无限增加D也会导致系统不稳定。开环PID各部分的作用效果图3、PID参数整定3.1、控制系统参数整定的基本要求在过程控制系统方案设计、设备选型、安装调试就绪后，下一步要进行的就是系统的投运与调整、整定。若一切顺利则系统可投入正常生产，若品质指标达不到要求，则需按照再次整定控制器参数、修改控制规律、检查设备选型是否符合要求(如调节阀特性选用是否恰当，口径是否过

14、大或过小等)、修改控制方案的顺序反复进行，直到找出原因与解决办法便系统满足生产要求。简单的控制系统是由广义对象和调节器够成的，其控制质量的决定性因素是被控对象的动态特性，与此相比其它的都是次要的。系统安装好后，系统能否在最佳状态工作，最要取决于调节器各参数的设置是否得当。 3.2、什么是控制系统参数整定过程控制采用的控制器(调节器)通常都有一个或多个需要调整的参数，这些参数一般在计算机控制系统的组态软件中或是可编程控制器中的编程器里面，通过调整这些参数能够作用该控制回路到相对应机构(各类调节阀)。通过调整这些参数使控制器特性与被控过程特性配合好，获得满意的系统静态与动态特性的过程称为控制器参数

15、整定。3.3、控制系统参数整定的方法控制器参数的整定方法可分为两大类，理论计算整定法与工程整定法。理论计算整定法是在已知过程的数学模型基础上，依据控制理论。通过理论计算来求取“最佳整定参数”，而工程整定法是根据工程经验，直接在过程控制系统中进行的控制器参数整定方法。从原理上讲，理论计算整定法要比工程整定法更能实现控制器参数的“最佳整定”，但是，无论是用解析法或实验测定法求取的过程数学模型都只能近似反映过程的动态特性，因而理论计算所得到的整定参数值可靠性不够高，在现场使用中还需进行反复调整。工程整定法虽未必能达到“最佳整定参数”，但由于其不需知道过程的完整数学模型，使用者不需要具备理论计算所必须

16、的控制理论知识，因而简便、实用，易于被工程技术人员所接受并优先采用。工程整定法在实际工程中被广泛采用，并不意味着理论计算整定法就没有价值，恰恰相反，通过理论计算，有助于人们深入理解问题的实质，减少整定工作中的盲目性，较快地整定到最佳状态，尤其在较复杂的过程控制系统中，理论计算更是不可缺少的。此外理论计算推倒出的一些结果正是工程整定法的理论依据。4、普通控制回路PID参数整定仿真4.1、MATLAB语言简介4.1.1、MATLAB简介MATLAB是一种面向科学和工程计算的高级计算机语言，现已成为国际科技界公认的最优秀的应用软件之一，在世界范围内广泛流行和使用。该软件的特点是：强大的计算功能、计算

17、结果和编程可视化及极高的编程效率，这是其它语言无与伦比之处。MATLAB包含的几十个工具箱，涉及到自动控制、人工智能、系统识别、模式识别、动态仿真、信号分析、图象处理、数值计算和分析等等学科，广泛应用与通信、工业控制、电子等工程技术领域。4.1.2、Simulink简介Simulink是MATLAB软件包之，用于可视化的动态系统仿真它适用于连续系统和离散系统，也适用于线性系统和非线性系统。它采用系统模块直观地描述系统典型环节，因此可方便地建立系统模型而不需要花较多时间编程。正由于这些特点，Simulnk广泛流行，被认为是最受欢迎的仿真软件。4.2、经典PID控制回路仿真程序框图普通PID控制仿

18、真程序其中程序构成模块介绍：Step模块发出阶跃信号，PID Controller1模块为模拟PID进行控制，Transfer Fcn模块为传递函数模块，Transport Delay模块为延时部分。模块程序中模块的参数设置Stpe模块：Stpe time（阶越时间）为0.01秒，Initial valaue（起始值）为0，Final value（终值）为100；PI控制器模块：proportional（比例系数）为1,Integnal Time Coeff（积分时间）为1000秒,Derivative Time Coeff （微分时间）为0秒;Transport Delay模块的TimeDe

19、lay（时延）10秒。4.3、PID参数整定仿真过程4.3.1、首先预置P=1,I=1000，D=0的情况由图可以看出，当积分与微分都不起作用只有P起作用构成一个负反馈回路时，PID响应也即控制结果与输入信号（给定值）之间存在加大的误差，且控制结果一直稳定在阶跃信号一半的地方。要想使控制结果与给定值接近我们应该适当的调大比例系数P，和引入积分也即缩短积分时间加强积分作用也即减小积分时间（减小积分系数）。4.3.2、增大P减小I，在P=1.5,I=500，D=0的情况由图可以看出，增大比例作用、积分作用后PID响应有明显的靠近给定值的趋势，但是调节时间依然太长，不能满足控制需求，还需做出调整。由

20、于调节时间太长我们应该再次增强积分作用（减小I），缩短调节时间。4.3.3、保持P减小I，在P=1.5,I=40，D=0的情况由图可以看出，再次减小积分系数后PID响应已经稳在给定目标值上，但是这里依然存在问题：一是超调量太大到50%，控制系统要求合格控制的超调量是在5%之内；二是调节时间仍然过长不能满足生产的及时调节。这次的主要矛盾是超调量过大，外加调节时间稍长，我们可以减小比例系数P来减小超调量，另外在稍稍加强点积分作用（减小I）使调节速度再快点。4.3.4、减小P减小I，在P=0.85,I=29，D=0的情况由图可以看出，再次减小P、I后PID响应已经能很快稳在给定目标值上，但是这里唯一

21、存在的问题是超调量稍大大于5%，还不满足调节控制要求。这样的情况下我们可以引入微量的微分来进行微调最终找到最佳的PID参数，使控制回路工作在最佳状态能够迅速处理各种情况。4.3.5、保持P、I不变增大D，在P=0.85,I=29，D=5的情况由图可以看出，经过多次微调后PID响应已经能很快跟上并且稳定在给定目标值上，超调量和调节时间都满足了控制需求，到此一个普通PID回路的参数整定就完成了。4.4、串级PID控制回路整定参数思想串级回路和普通PID控制回路的整定原理是一样的，只不过串级的要稍微复杂点。串级回路由两个回路构成一个主回路一个副回路，主回路为有给定值的回路，副回路为靠近阀的回路。副回

22、路主要其跟踪作用强调其快速跟进作用，主回路主要强调其控制的准确性和稳定性。 串级回路的调节思想为先副后主，先调副回路后调主回路然后再联合调试，最终得出较佳的PID参数。副回路一般选择P、PI控制器，主回路一般选择PI、PID控制器，但是也不一定，只要掌握了PID参数的整定原理和技巧，不必拘泥于选择何种控制方案的搭配。只要按照正确的PID调节思想来调节就能得到较好的PID参数，满足生产需求。5、结束语通过对参数整定过程的仿真，我们能很清楚直观的看出P、I、D各部分在控制中的作用，有助于深刻理解参数整定的原理和过程。在实际生产过程中，结合实际生产情况，理论结合实践，多思考，多练习，就能较快的掌握P

23、ID参数整定方法。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。1. PID常用口诀: 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，曲线漂浮绕大湾，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4比1，+ w zU: P W& s1 p$ f: M+ u# V5 n ; 6 f2. 一看二调多分析，调节质量不会低 2.PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参

24、数经验数据以下可参照：温度T: P=2060%,T=180600s,D=3-180s 压力P: P=3070%,T=24180s, 液位L: P=2080%,T=60300s, 流量L: P=40100%,T=660s。 3.PID控制的原理和特点简述各参数作用P 快速调节“快”4 G: W: Q. a% t, e$ g, CI 精确掉节 “准”7 Z& b3 e3 , W/ OV0 g9 6 xD 稳定调节 “稳”PID的调节过程就是相互协调快、准、稳后的结果，3方面既相互牵连又相互制约，不能只追求某一方面的调节质量。在工厂中应用最多的就是经验试凑法，很实用，也简单。一般对于流量、液面、压力

25、控制都只需要PI调节器就能满足要求，在温度控制中一般都加点微分（给个超前调节）用PID调节器。PID参数如何设定调节L0 s+ M+ S+ n, J1 l- hPID就是比例微积分调节，具体你可以参照自动控制课程里有详细介绍！正作用与反作用在温控里就是当正作用时是加热，反作用是制冷控制。 PID控制简介: o6 B1 o* t0 I6 X& h$ B# U( lm目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控控

26、制系统包括控制器传感器变送器执行机构输入输出接口。控制器的输出经过输出接口执行机构加到被控系统上控制系统的被控量经过传感器变送器通过输入接口送到控制器。不同的控制系统其传感器变送器执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、

27、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。 可编程控制器(PLC)是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID 控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。) h% u2 q# F7 t$ L% P1 Q2 u! _ 1、开环控制系统开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(cont

28、roller)的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。2、闭环控制系统闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈( Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼

29、睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。3、阶跃响应阶跃响应是指将一个阶跃输入（step function）加到系统上时，系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性(stability)，一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来(Steady-state error) 描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差快是

30、指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。$ D2 h5 % u. F4、PID控制的原理和特点& b1 q1 X, u4 K/ L& d O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

31、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9 U$ p0 O8 I1 / y5 b% - ic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）。6 s& r$ u. X3 p& ?* r5 A% w积分（I）控制; G+ r: i+ e& A+ l3 Q. G( Z, E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

32、差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（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。! A, P2 6 f0 l: & 微分（D）控制9 V* G, I$ u3 7 w8 E1 Y- N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

33、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(delay)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。# u6 u+ 4 J3

34、x k5、PID控制器的参数整定# M6 O( B5 T0 _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

35、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。PID参数的设定：是靠经验及工艺的熟悉，参考测量值跟踪与设定值曲线，从而调整PID的大小。, G a5 w8 s! GPID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照

36、：: h5 b! 8 G) 温度T: P=2060%,I=180600s,D=3-180s压力P: P=3070%,I=24180s,; R0 P! y; ! e6 g$ j液位L: P=2080%,I=60300s,流量F: P=40100%,I=660s。& Q1 B3 Z8 Z# ad& m. M8 T$ m p# Y1 % Q m书上的常用口诀：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: - d$ j% u1 H; Z; k$ 曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳 c0 M; N R/ . . h0 & 曲线偏离回复慢，积分时间往下降曲线波动

37、周期短，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4比18 F# & t9 R! D6 3 M一看二调多分析，调节质量不会低这里介绍一种经验法。这种方法实质上是一种试凑法，它是在生产实践中总结出来的行之有效的方法，并在现场中得到了广泛的应用。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。经验法简单可靠，但需要有一定现场运行经验

38、，整定时易带有主观片面性。当采用PID调节器时，有多个整定参数，反复试凑的次数增多，不易得到最佳整定参数。下面以PID调节器为例，具体说明经验法的整定步骤：3 D0 L6 T0 h# a% nd o! n7 让调节器参数积分系数S0=0，实际微分系数k=0，控制系统投入闭环运行，由小到大改变比例系数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为止。取比例系数S1为当前的值乘以0.83，由小到大增加积分系数S0，同样让扰动信号作阶跃变化，直至求得满意的控制过程。(3)积分系数S0保持不变，改变比例系数S1，观察控制过程有无改善，如有改善则继续调整，直到满意为止。否则，将原比例

39、系数S1增大一些，再调整积分系数S0，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S1和积分系数S0为止。引入适当的实际微分系数k和实际微分时间TD，此时可适当增大比例系数S1和积分系数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。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。b7 i- v; l8 A % d3 n& 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

40、制，一般只用PI控制。P=1-10,I=0.1-1,D=0,这些要在现场调试时进行修正的。我提供一种增量式PID供大家参考! O$ g% , E) R+ y, UU(k)=Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2); d+ R, f b0 T; d$ 0 zA=Kp(1+T/Ti+Td/T)B=Kp(1+2Td/T)C=KpTd/T4 h/ S2 P8 c/ x8 A m0 rT采样周期 Td微分时间 Ti积分时间+ 5 3 3 f) R C1 S4 p8 v7 M用上面的算法可以构造自己的PID算法。/ lD; r o. P8 1 E4 E5 B$ WU（K）=U（K-1）+U（K）PID调

41、节口诀 - R# I- T c% # v( n. p1. PID常用口诀: 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，曲线漂浮绕大湾，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4比1，1 p1 u, R( G# J- c, B2. 一看二调多分析，调节质量不会低 2.PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照：温度T: P=2060%,T=180600s,D=3-180s压力P: P=

42、3070%,T=24180s, 液位L: P=2080%,T=60300s, 流量L: P=40100%,T=660s。 3.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

43、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

44、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(delay)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。