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1、2.3 PID参数整定方法的工程整定法PID数字调节器的参数，除了比例系数Kp,积分时间和微分时间Td外，还有1个重要参数即采样周期To1 .采样周期T的选择确定从理论上讲，采样频率越高，失真越小。但是，对于控制器，由于是依靠偏差信号来进行调节计算 的，当采样周期T太小，偏差信号也会过小，此时计算机将失去调节作用；若采样周期T太长，则将引起误差。因此采样周期 T必须综合考虑。采样周期的选择方法有两种，一种是计算法，另一种是经验法。计算法由于比较复杂，特别是被控对象各环节时间常数难以确定，工程上较少用。经验法是一种凑 试法，即根据人们在控制工作实践中积累的经验以及被控对象的特点，先选择一个采样周
2、期T,进行试验，再反复改变T,直到满意为止。2 . Kp, Ti, Td的选择方法1 ）扩充临界比例度法扩充临界比例度法是简易工程整定方法之一，用它整定Kp, Ti, Td的步骤如下。选择最短采样周期Tmin,求出临界比例度Su和临界振荡周期Tu。具体方法是将Tmin输入计算机， 只有P环节控制，逐渐缩小比例度，直到系统产生等幅振荡。此时的比例度即为临界比例度Su,振荡周期称为临界振荡周期 Tuo选择控制度为：(2-15 )通常当控制度为1.05时，表示数字控制方式与模拟方式效果相当。根据计算度，查表 2-1可求出Kp, Ti, Tdo表2-1扩充临界比例度法整定参数表控制度控制规律参 数TK
3、pTiTdPIPIDuuuuuuuPIPIDuuuuuuuPIPIDuuu4S uuuPIPIDuuuuuuu2）扩充响应曲线法若已知系统的动态特性曲线，可以采用和模拟调节方法一样的响应曲线法进行整定，其步骤如下断开微机调节器，使系统手动工作，当系统在给定值处处于平衡后，给一阶跃输入。用仪表记录被调参数在此阶跃作用下的变化过程曲线。如图2-12所示。图2-12阶跃信号下的曲线图片说明动画讲解在曲线最大斜率处做切线，求得滞后时间 t,对象时间常数。以及它们的比值根据所求得的T,t和 /t值，查表2-2求得值Kp, Ti, Td。表2-2扩充响应曲线法整定参数表控制度控制规律参数TKpTiTdPI
4、t0.34tPID2.0tPI3.6t/PID1.9t0.55tPI3.9t/PID1.62t0.65tPI4.2t/PID1.5tt经验法在实际工作过程中，由于被调对象的动态特性不是很容易确定，即使确定了，不仅计算困难，工作 量大，往往其结果与实际相差较大，甚至事倍功半。因此，在实际生产过程中采用的是经验法。即根据 各调节作用的规律，经过闭环试验，反复凑试，找出最佳调节参数。微机调速器参数最终要在现场试验 好后，才能选出最优参数。厂家有规定的参考值，有一个范围，是理论计算出来的。因此要选择出最优 参数，就必须在生产现场进行试验做记录曲线后方能得到。凑试法确定PID调节参数PID的调节参数。增
5、大比例系数凑试法是通过模拟（或闭环）运行观察系统的响应（例如，阶跃响应）曲线，然后根据各调节参数 对系统响应的大致影响，反复凑试参数，以达到满意的响应，从而确定Kp 一般将加快系统的响应， 这有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。增大式（2-2 ）中的Td有利于加快系统响应，使超调量减小，稳定性增加，但对于干扰 信号的抑制能力将减弱。在凑试时，可参考以上参数分析控制过程的影响趋势，对参数进行先比例，后 积分，再微分的整定步骤。其具体步骤如下：首先整定比例部分。将比例系数由小调大，并观察相应的系统响应，直至得到反应快、超调小的 响应曲线。如果系统没有静差
6、或静差小到允许的范围之内，并且响应曲线已属满意，那么只需要用比例 调节器即可，最优比例系数可由此确定。孑当仅调节比例调节器参数，系统的静差还达不到设计要求时，则需加入积分环节。整定时，首先置积分常数Ti为一个较大值，经第一步整定得到的比例系数会略为缩小（如减小20% ）,然后减小积分常数，使系统在保持良好动态性能的情况下，静差得到消除。在此过程中，可根据响应曲线的好坏反 复修改比例系数和积分常数，直至得到满意的效果和相应的参数。若使用比例积分器，能消除静差，但动态过程经反复调整后仍达不到要求，这时可加入微分环节。在整定时，先置微分常数 Td为零，在第二步整定的基础上，增大 Td,同时相应地改变
7、 Kp和逐步凑 试，以获得满意的调节效果和参数。应该指出，在整定中参数的选定不是惟一的。事实上，比例、积分和微分三部分作用是相互影响的。从应用角度来看，只要被控制过程的主要性能指标达到设计要求，那么比例、积分和微分参数也就确定了。表2-3给出了一些常见的调节器参数选择范围。表2-3常见被调量PID参数经验选择范围被调量特点参数KpTi/ minTd/ min流量时间常数小，并有噪声，故 Kp比较小，Ti较小，不用微分0.1 1温度对象有较大滞后，常用微分1.6 53100.5 3压力对象的滞后不大，不用微分0.4 3液位允许有静差时，不用积分和微分1.25 5PID控制器的参数整定及方法PID
8、控制器的参数整定：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。 临界比例法参数的整定步骤：(1)首先预选择一个足
9、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。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=3070%,T=24180s,液位 L: P=2080%,T=60300s,流量 L: P=40100%,T=660so 常用口诀：参数整定找最佳，从小到大顺序查先是
10、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1一看二调多分析，调节质量不会低经验法：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。基本程序是先本I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。
11、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，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。下面具体说明PID调节器用经验法的整定步骤：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，直到满意为止。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
12、原比例系数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SOo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，一力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=1-10,I=0.1-1,D=0,这些要在现场调试时进行修正的。增量式PID供大家参考 U(k)=Ae(k) -Be(k-1)+Ce(k-2)A=Kp(1+T/Ti+Td/T)B=Kp(1+2Td/T)C=KpTd/TT采样周期Td微分时间Ti积分时间用上面的算法可以构造自己的 PID算法。U (K) =U (K-1) +AUI ( K)