PID參數(shù)如何設(shè)定調(diào)節(jié)

1、PID參數(shù)如何設(shè)定調(diào)節(jié)- -比例（P）控制 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。 積分（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制

2、器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì) 出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的

3、趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。 5、PID控制器的參數(shù)整定 PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直

4、接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期(3)在一定的控制度下通過(guò)公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。 PID參數(shù)的設(shè)定

5、：是靠經(jīng)驗(yàn)及工藝的熟悉，參考測(cè)量值跟蹤與設(shè)定值曲線，從而調(diào)整PID的大小。 PID控制器參數(shù)的工程整定,各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中P.I.D參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以下可參照：溫度T: P=2060%,T=180600s,D=3-180s壓力P: P=3070%,T=24180s,液位L: P=2080%,T=60300s,流量L: P=40100%,T=660s。 書(shū)上的常用口訣：參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查先是比例后積分，最后再把微分加曲線振蕩很頻繁，比例度盤(pán)要放大曲線漂浮繞大灣，比例度盤(pán)往小扳曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng)曲線振蕩頻率快，先把微分降下來(lái)動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢。微分時(shí)間應(yīng)加

6、長(zhǎng)理想曲線兩個(gè)波，前高后低4比1一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低 1、基礎(chǔ)知識(shí) 在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，E=SP-PV。其中，E為偏差、SP為給定值、PV為測(cè)量值。當(dāng)SP大于PV時(shí)為正偏差，反之為負(fù)偏差。1) 比例調(diào)節(jié)作用的動(dòng)作與偏差的大小成正比；當(dāng)比例度為100時(shí)，比例作用的輸出與偏差按各自量程范圍的1：1動(dòng)作。當(dāng)比例度為10時(shí)，按10：1動(dòng)作。即比例度越小，比例作用越強(qiáng)。比例作用太強(qiáng)會(huì)引起振蕩。太弱會(huì)造成比例欠調(diào)，造成系統(tǒng)收斂過(guò)程的波動(dòng)周期太多，衰減比太小。其作用是穩(wěn)定被調(diào)參數(shù)。2) 積分調(diào)節(jié)作用的動(dòng)作與偏差對(duì)時(shí)間的積分成正比。即偏差存在積分作用就會(huì)有輸出。它起著消除余差的作用。積分作用太強(qiáng)也會(huì)引

7、起振蕩，太弱會(huì)使系統(tǒng)存在余差。3) 微分調(diào)節(jié)作用的動(dòng)作與偏差的變化速度成正比。其效果是阻止被調(diào)參數(shù)的一切變化，有超前調(diào)節(jié)的作用。對(duì)滯后大的對(duì)象有很好的效果。但不能克服純滯后。適用于溫度調(diào)節(jié)。使用微分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)收斂周期的時(shí)間縮短。微分時(shí)間太長(zhǎng)也會(huì)引起振蕩。2、 整定方法 經(jīng)驗(yàn)法是簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的整定方法，是一種試湊法。它通過(guò)參數(shù)預(yù)先設(shè)置和反復(fù)試湊來(lái)實(shí)現(xiàn)。參數(shù)的預(yù)置值要根據(jù)對(duì)象的特性和儀表的量程決定。儀表量程大的PID參數(shù)要適當(dāng)加強(qiáng)作用。四類被調(diào)參數(shù)的一般范圍如下：被調(diào)參數(shù)比例度%積分時(shí)間min微分時(shí)間min流量1003000.11溫度1002003300.53壓力1003000.43液

8、位80200實(shí)際情況可能超出此范圍。 這里介紹一種經(jīng)驗(yàn)法。這種方法實(shí)質(zhì)上是一種試湊法，它是在生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的行之有效的方法，并在現(xiàn)場(chǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 這種方法的基本程序是先根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，確定一組調(diào)節(jié)器參數(shù)，并將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，然后人為地加入階躍擾動(dòng)（如改變調(diào)節(jié)器的給定值），觀察被調(diào)量或調(diào)節(jié)器輸出的階躍響應(yīng)曲線。若認(rèn)為控制質(zhì)量不滿意，則根據(jù)各整定參數(shù)對(duì)控制過(guò)程的影響改變調(diào)節(jié)器參數(shù)。這樣反復(fù)試驗(yàn)，直到滿意為止。 經(jīng)驗(yàn)法簡(jiǎn)單可靠，但需要有一定現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，整定時(shí)易帶有主觀片面性。當(dāng)采用PID調(diào)節(jié)器時(shí)，有多個(gè)整定參數(shù)，反復(fù)試湊的次數(shù)增多，不易得到最佳整定參數(shù)。 下面以PID調(diào)節(jié)器為例，具體說(shuō)

9、明經(jīng)驗(yàn)法的整定步驟： 讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù)S0=0，實(shí)際微分系數(shù)k=0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，由小到大改變比例系數(shù)S1，讓擾動(dòng)信號(hào)作階躍變化，觀察控制過(guò)程，直到獲得滿意的控制過(guò)程為止。 取比例系數(shù)S1為當(dāng)前的值乘以0.83，由小到大增加積分系數(shù)S0，同樣讓擾動(dòng)信號(hào)作階躍變化，直至求得滿意的控制過(guò)程。 (3)積分系數(shù)S0保持不變，改變比例系數(shù)S1，觀察控制過(guò)程有無(wú)改善，如有改善則繼續(xù)調(diào)整，直到滿意為止。否則，將原比例系數(shù)S1增大一些，再調(diào)整積分系數(shù)S0，力求改善控制過(guò)程。如此反復(fù)試湊，直到找到滿意的比例系數(shù)S1和積分系數(shù)S0為止。 引入適當(dāng)?shù)膶?shí)際微分系數(shù)k和實(shí)際微分時(shí)間TD，此時(shí)可適當(dāng)增大比例系

10、數(shù)S1和積分系數(shù)S0。和前述步驟相同，微分時(shí)間的整定也需反復(fù)調(diào)整，直到控制過(guò)程滿意為止。 注意：仿真系統(tǒng)所采用的PID調(diào)節(jié)器與傳統(tǒng)的工業(yè) PID調(diào)節(jié)器有所不同，各個(gè)參數(shù)之間相互隔離，互不影響，因而用其觀察調(diào)節(jié)規(guī)律十分方便。 PID參數(shù)是根據(jù)控制對(duì)象的慣量來(lái)確定的。大慣量如：大烘房的溫度控制，一般P可在10以上,I=3-10,D=1左右。小慣量如：一個(gè)小電機(jī)帶 一水泵進(jìn)行壓力閉環(huán)控制，一般只用PI控制。P=1-10,I=0.1-1,D=0,這些要在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)進(jìn)行修正的。 我提供一種增量式PID供大家參考 U(k)=Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2) A=Kp(1+T/Ti+Td/T) B

11、=Kp(1+2Td/T) C=KpTd/T T采樣周期 Td微分時(shí)間 Ti積分時(shí)間 用上面的算法可以構(gòu)造自己的PID算法。U（K）=U（K-1）+U（K） 組圖PID參數(shù)整定快速入門(mén)（調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法）PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法很多，常見(jiàn)的工程整定方法有臨界比例度法、衰減曲線法和經(jīng)驗(yàn)法。云潤(rùn)儀表以圖文形式分別介紹調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法。臨界比例度法一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在階躍干擾作用下，出現(xiàn)既不發(fā)散也不衰減的等幅震蕩過(guò)程，此過(guò)程成為等幅振蕩過(guò)程，如下圖所示。此時(shí)調(diào)節(jié)器的比例度為臨界比例度k，被調(diào)參數(shù)的工作周期為為臨界周期Tk。臨界比例度法整定PID參數(shù)步驟1、將調(diào)節(jié)器積分時(shí)間設(shè)定為無(wú)窮大、微分時(shí)間設(shè)定為零

12、（即Ti，Td0），比例度適當(dāng)取值，調(diào)節(jié)系統(tǒng)按純比例作用投入。穩(wěn)定后，適當(dāng)減小比例度，在外界干擾作用下，觀察過(guò)程變化情況，尋取系統(tǒng)等幅振蕩臨界狀態(tài)，得到臨界參數(shù)。2、根據(jù)臨界比例度k和為臨界周期Tk，按下表計(jì)算出調(diào)節(jié)器參數(shù)整定值                臨界比例度法PID參數(shù)整定經(jīng)驗(yàn)公式調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器參數(shù)比例度，單位：積分時(shí)間Ti，單位：min微分時(shí)間Td，單位：minP2×k-PI2.2×k0.85×Tk-PID1.7

13、×k0.5×Tk0.125×Tk3、將計(jì)算所得的調(diào)節(jié)器參數(shù)輸入調(diào)節(jié)器后再次運(yùn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)，觀察過(guò)程變化情況。多數(shù)情況下系統(tǒng)均能穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，如果還未達(dá)到理想控制狀態(tài)，進(jìn)需要對(duì)參數(shù)微調(diào)即可。衰減曲線法衰減曲線法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)通常會(huì)按照4：1和10：1兩種衰減方式進(jìn)行，兩種方法操作步驟相同，但分別適用于不同工況的調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。4：1衰減曲線法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)純比例度作用下的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在比例度逐漸減小時(shí)，出現(xiàn)4：1衰減振蕩過(guò)程，此時(shí)比例度為4：1衰減比例度s，兩個(gè)相鄰?fù)虿ǚ逯g的距離為4:1衰減操作周期TS，如下圖所示4：1衰減曲線法整定PID參數(shù)步驟如下：1、將調(diào)

14、節(jié)器積分時(shí)間設(shè)定為無(wú)窮大、微分時(shí)間設(shè)定為零（即Ti，Td0），比例度適當(dāng)取值，調(diào)節(jié)系統(tǒng)按純比例作用投入。系統(tǒng)穩(wěn)定后，逐步減小比例度，根據(jù)工藝操作的許可程度加2-3的干擾，觀察調(diào)節(jié)過(guò)程變化情況，直到調(diào)節(jié)過(guò)程變化達(dá)到規(guī)定的4：1衰減比為止，得到4：1衰減情況下的比例度s和衰減操作周期TS。2、根據(jù)s和Ts值按以下公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器整定參數(shù)               4：1衰減曲線法PID參數(shù)整定經(jīng)驗(yàn)公式調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器參數(shù)比例度，單位：積分時(shí)間Ti，單位：min微分時(shí)間Td，單位：minPs-PI0.2×s0.5×Ts-PID0.8×s0.3×Ts0.1×Ts3、將比例度放在比計(jì)算值略大的數(shù)值上，逐步引入積分和微分作用。4、將比例度降至計(jì)算值上，觀察運(yùn)行，適當(dāng)調(diào)整。10：1衰減曲線法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)在部分調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由于采用4：1衰減比仍嫌振蕩比較厲害，則可采用10：1的衰減過(guò)程，如下圖所示。這種情況下由于衰減太快，要測(cè)量操作周期比較困難，但可測(cè)取從施加干擾開(kāi)始至第一個(gè)波峰飛升時(shí)間Tr。10：1衰減曲線法整定調(diào)節(jié)參數(shù)步驟和4：1衰減曲線法完全一致，僅采用的整定參數(shù)和