自整定PID

PID参数自整定方法综述

郭经宇

摘要：由于PID控制器具有简单而固定的形式和良好的鲁棒性，因而在工业生产中得到广泛的应用。但由于控制系统的复杂性和非线性等因素，使PID控制器的参数受到了影响，因此如何整定PID控制器的参数成为当前乃至今后的研究热点。文章概述了PID的理论，讨论了一些常用PID整定方法，并对新技术进行了探索。

关键词：P1D控制；参数整定；自整定

0 引言

PID控制器从问世至今已历经了半个多世纪，如今PID控制器已经在各个控制领域中得到了广泛的应用。PID控制中一个至关重要的问题是控制器的参数整定问题，即三参数(比例系数、积分时间、微分时间)的整定，整定的好环不但会影响到控制质量，而且还会影响到控制器的鲁棒性。此外，由于现代工业控制系统中存在着非线性和不确定性，这些因素能造成模型参数或模型结构的变化，使得原来整定的参数无法保证系统继续良好地工作，这就要求PID控制器具有在线修正参数的功能，这是自从使用PID控制以来人们始终关注的重要问题之一。随着PID控制器参数自整定技术的不断发展，人翻提出了各种各样的整定方法。按照发展阶段划分，可以分为常规PID控制器参数自整定和智能自整定方法；按照被控对象个数来划分，可以分为单变量PID参数自整定方法和多变量PID参数自整定方法；按照控制量的组合形式划分，可以分为线性PID参数自整定方法和非线性PID参数自整定方法；按照计算方式可以划分为一次算法和反复迭代算法；按照系统的特性划分，可以分为连续PID参数自整定方法和离散PID控制器的自整定方法；按照工作机理划分，可以分为基于模型的自整定方法和基于规则的自整定方法等等。文章在介绍PID参数自整定概念的基础上，对PID参数自整定方法的发展作一综述。

1 PID参数自整定概念

1.1 PID控制器的概念

PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成一个控制偏差e(t)，将偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对进程对象进行控制，故称为PID控制器。比例系数、积分时间和微分时间的选取直接影响被控制量与设定值的接近程

度，所以P、I、D三个参数的整定显得尤为重要。

比例系数K P：加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。K P越大，系统响应速度越快，系统调节精度越高，对偏差的分辨率越高。但K P过大，会产生超调，甚至导致系统不稳定；K P取值过小，则会降低调节精度，尤其是响应速度变慢，从而延长调节时间，使系统静态、动态特性变坏。

积分系数Ti：积分环节的主要作用是确保在系统稳态时过程输出和设定值一致。比例控制误差总是导致控制信号增加，无论多小的负向误差总是导致控制信号减小，因此，具有积分作用的控制器是使得稳态误差为零。Ti越小，系统静态误差消除越快，但Ti过小，在响应过程初期会产生积分饱和现象，从而引起响应过程的较大超调；若Ti过大，使系统的静态误差难以消除，影响系统的调节精度。

微分系数Td：微分环节的主要作用是改善闭环系统的稳定性。由于控制信号的变化引起过程输出改变需要一定的时间，所以控制信号对误差的反映总是滞后地影响系统偏差的变化率，改善系统的动态特性，对误差进行提前预测，抑制偏差向任何方向的变化。Td过大，会使响应过程提前抑制，从而延长调节时间，而且系统的抗干扰能力变弱。

总之，PID控制体现着折衷的思想。其控制作用是在比例、积分、微分三种作用间进行折衷；从时域看，PID控制器对系统的过去、现在、未来的状态信息的折衷利用；从频域看，PID控制是对系统偏差信号中的低频、中频、高频成分的折衷利用；从性能看，PID控制是在准确性和快速性进行折衷。这种折衷由操作者依照经验和现场实践来把握，以此来获得系统较好的综合控制性能。由于PID的三个参数都有明确的物理意义，这给操作者进行参数的调整带来方便。

1.2 PID参数自整定的概念

PID参数自整定概念中应包括参数自动整定(auto-tuning)和参数在线自校正(self tuning on-line)。具有自动整定功能的控制器，能通过一按键就由控制器自身来完成控制参数的整定，不需要人工干预，它既可用于简单系统投运，也可用于复杂系统预整定。运用自动整定的方法与人工整定法相比，无论是在时问节省方面还是在整定精度上都得以大幅度提高，这同时也就增进了经济效益。目前，自动整定技术在国外已被许多控制产品所采用，如leeds＆Northrop的Electmmax V、sattContmlr的ECA40等等，对其研究的文章则更多。

自校正控制规则为解决控制器参数的在线实时校正提供了很有吸引力的技术方案。自校正的基本观点是力争在系统全部运行期间保持优良的控制性能，使控制器能够根据运行环境的变化，适州地改变其自身的参数整定值，以求达到预期的正常闭环运行，并有效地提高系统的鲁棒性。早在20世纪70年代，Astrom等人首先提出了自校正调节器，以周期性地辨识过

程模型参数为基础，并和以最小方差为控制性能指标的控制律结合起来，在每一采样周期内根据被控过程特性的变化，自动计算出一组新的控制器参数。20世纪80年代，Foxboro公司发表了它的EXACT自校正控制器，使用模式识别技术了解被控过程特性的变化，然后使用专家系统方法去确定适当的控制器参数，这是一种基于启发式规则推理的自校正技术。20世纪90年代，神经网络的概念开始应用于自校正领域。具有自动整定功能和具有在线自校正功能的控制器被统称为自整定控制器。一般而言，如果过程的动态特性是固定的，则可以选用固定参数的控制器，控制器参数的整定由自动整定完成。对动态特性时变的过程，控制器的参数应具有在线自校正的能力，以补偿过程时变。

2 PID参数自整定方法

要实现PID参数的自整定，首先要对被控制的对象有一个了解，然后选择相应的参数计算方法完成控制器参数的设计。据此，可将PID参数白整定分成两大类：辨识法和规则法。基于辨识法的PID参数自整定，被控对象的特性通过对被控对象数学模型的分析来得到，在对象数学模型的基础上用基于模型的一类整定法计算PID参数。基于规则的PID参数自整定，则是运用系统临界点信息或系统响应曲线上的一些特征值来表征对象特性，控制器参数由基于规则的整定法得到。

2.1 基于模型参数辨识法

这类方法的本质是自适应控制理论与系统辨识的结合。为解决被控对象模型获取问题，Kalman首先将系统辨识的方法引入了控制领域。

辨识法适用于模型结构已知，模型参数未知的对象，采用系统辨识的方法得到过程模型参数，并和依据参数估计值进行参数调整的确定性等价控制规律结合起来，综合出所需的控制器参数；如果被控过程特性发生了变化，可以通过最优化某一性能指标或期望的闭环特性，周期性地更新控制器参数，参数辩识可用不同类型的模型为依据。例如，附加有辅助输入的自回归移动平均模型(ARMAX)、传递函数模型或神经网络指数模型等，而最常用的是低阶并等值于有纯滞后的离散差分模型。同样，可用不同的参数辩识方法估计模型参数，例如递推最小二乘法(RLS)、辅助变量法(IV)或最大似然法(ML)等。在获得对象模型的基础上设计PID 参数时常用的原理，经典的有极点配置原理、零极点相消原理、幅相裕度法等；现代的则往往借助于计算机，利用最优化方法或线性二次型指标等，寻找在某个性能指标下的控制器参数最优值。

极点配置法是Astorm在Wellstead工作的基础上提出来的，它的出发点不是去极小化某一性能指标函数 (如使输出误差方差最小)以使闭环控制系统达到预期的响应，而是通过对

闭环系统的极点按工艺要求进行配置，来达到预期的控制目的。这种方法适用于二阶或二阶以下的对象，因为在用于二阶或二阶以下对象的情况时，由于在线辨识的参数不多，故能获得期望的动态响应。零极点相消原理是由Astorm首先提出的，它的基本思想是利用调节器传递函数中的零极点抵消被控对象传递甬数的某些零极点，从而使整个闭环系统工作在期望的状态上。采用零极点相消原理，要求过程必须是二阶加纯滞后对象，而且要求传递函数的分子项中常数项不为零。

幅相裕度法是利用幅值裕度和相角裕度整定PTD参数，这能使系统具有良好的控制性能和鲁棒性能。Ho等在这方面作了许多工作[1-3]，在他最新的研究中将幅相裕度法和性能指标最优设计相结合，给出了能同时满足系统鲁棒性和性能指标最优要求的PID参数整定公式。Ho还指出，在确定了幅值裕度(或相角裕度)的前提下，最优指标和相角裕度(或幅值裕度)间需要折衷处理，给出了在幅值裕度一定的情况下．使得ISE(误差平方积分)最小的相角裕度计算公式。

至于现代的PID参数设计法，如Nishikawa等人[4]提出的参数自动整定法，在控制器参数需要整定时，给系统一个小的不至于影响正常运行的干扰信号，以估计对象参数，然后运用ISE 指标设计PID参数，一方面能使系统性能满足某些优化指标，但另一方面却可能因有些优化算法无解而带来问题。

这类基于辨识的参数自整定方法直观、简单，易于实现，已有众多的文献资料提供了有关模型辨识和控制器的设计方法，而且在过程控制及其参数校正方面不需要特定的经验，所以说它是比较容易井发的。但这并不意味着这种为设计者带来的优点就一定能够转变为用户的效益。因为与此方法相关联的一些问题，例如闭环辨识、时滞估计、测量噪声和于扰输入的抑制以及安全保护措施等，虽然已被了解，但并未得到有效解决。

仅在噪声影响方面，必须承认系统辨识对噪声是敏感的，当噪声超过一定强度时就可能得到不正确的辨识结果。如当数据被噪声所影响时，使用最小二乘法估计的ARMAX模型参数就将是有偏的。另外，在基于被控过程的数学模型求取控制器参数值时，关键是要较为精确地获得被控对象的数学模型，然而，辨识所得到的数学模型一般都含有近似的部分，不可能做到完全精确，这也对控制精度带来影响。再加上辨识工作量大，计算费时，不适应系统的快速控制，限制了这类方法的使用。

2．2 基于规则的自整定方法

基于规则的自整定方法，根据所利用的经验规则的不同，又可分成采用临界比例度原则的方法、采用阶跃响应曲线的模式识别方法和基于模糊控制原理的方法等。

2.2.1 采用临界比例度原则的方法

早在1942年zieler J．G．和Nichols N. B．就提出了临界比例度法[5]，这是一种非常著名的工程整定法。它不依赖于对象的数学模型，而是总结了前人在理论和实践中的经验，通过实验由经验公式得到控制器的近似最优整定参数，用来确定被控对象的动态特性的两个参数：临界增益Ku和临界振荡周期Tu。Ku和Tu是系统在纯比例控制器作用下产生等幅振荡时的比例增益和振荡周期，P，PI，PID三种情况的参数整定值就是利用Ku，Tu由经验公式求得的。

为避免临界稳定问题，在求取Ku，Tu时可让系统作4：l衰减振荡来代替临界等幅振荡，这也被称为衰减振荡法。

Astorm等人[6]提出用继电特性的非线性环节代替Z—N法中的纯比例控制器，使系统出现极限环，从而获取所需要的临界值。基于继电反馈的自动整定法避免了Z—N法整定时间长、临界稳定等问题，保留了简单的特点，目前已成为PID自动整定方法中应用最多的一种，而且众多学者对该方法进行了深入的研究，提出了许多扩展改进的方法，文献[7]对此作了很好的总结。

在获取了所需要的临界值的基础上，计算PID参数的方法有多种，运用Z—N法参数整定公式整定而得的PID参数在实际控制中往往会引起系统响应的超调量过大，振荡鞍为剧烈等不符合工艺要求的结果。针对z—N法的这些不足，Hang C．C．等人[8]提出了改进的Z—N法，改进的Z—N法定中引入了设定值权值和积分时间修正系数。Astrom和Haggtund则提出了基于临界信息利用相幅裕度整定参数[9]，文献[10]在临界比例度原理上，结合ISTE(时间和误差平方乘积积分)准则，给出了参数整定公式。

另外，由于临界点和Nyquist曲线上其他点之问存一定关系，所以应用Nyquist曲线上其他点信息也可以获取临界点信息为基础[11,12]的自整定法。

2.2.2 采用阶跃响应曲线的模式识别方法

模式识别的概念是由Bristol首先提出的。模式识别的主要出发点是为了避开过程模型问题，用闭环系统响应波形上的一组能表征过程特性，而数据量尽可能少的特征量作为状态变量，以此作为设计通用的自整定方法的依据。在整定过程中，过程连接一个PID控制器，构成闭环系统，控制器参数根据实测的阶跃响应模式与理想响应模式的差别来进行整定。文献[13]研究阶跃输人下PI控制的闭环系统衰减振荡响应的模式识别法参数整定，通过仿真实验确定了三个能很好表达这一模式的特征量，导出了这组特征量与闭环系统参数之间的关系，最后利用非线性规划中的可变容差法和一种频域估计法，并利用回归分析的方法，求出设定值扰动下的ISE准则最优PI控制器参数。文献[14]则利用模式表示和模式分类来描述系统的动态特性和控制器结构，然后再用模式识别优化方法求取控制器参数。

在PID参数工程整定法中有一类整定法，是要据广义对象的时间特性来整定参数。这种方法通过分析对象开环或闭环阶跃响应曲线，提取如静态增益K、上升时间T等特征参数，然后基于这些特征参数按给定的性能指标整定PID参数。Coon-cohen开环整定法就是在获取广义对象特性的基础上，在负载干扰下并采用多种性能指标，如4：l衰减、最小余差和最小积分平方误差(ISE)，综合出参数整定法。

从原理上看，这种方法与模式识别法有异曲同工之处。这样获取对象特性参数的方法虽然简单易行，但怎样确定反应曲线上的斜率最大处，通过该处的切线该如何画等问题还有待于解决，同时，这种方法近似程度太大，过于粗糙，这些都会给整定带来极大的误差。

2.2.3 基于横糊控制原理的方法

将模糊控制与常规的PID控制相结台，用模糊控制器实现PID参数的在线自动最佳整定，就构成了模糊式PID自整定控制器。模糊控制器用以实现PID参数自整定的方法有两种：一种直接将模糊控制器构造成具有PID控制功能，另一种则用模糊监督器完成PID参数的在线修正。

将模糊控制器构造成具有PID功能，这种形式学者们研究得比较多，提出了许多种结构形式，如三维模糊PID[15]、模糊PI+传统D[16]、模糊PD+传统[17]、模糊P+传统ID[18]、并行模糊PD+模糊P[19]、串行模糊PD+模糊PI[20]、并行模糊P+模糊I+模糊D[15]等等，这些都是非线性PID 控制器。这类控制器还可以进一步通过调整量化因子、比例因子来类似于PID三参数在线自校正[21]。

至于用模糊控制器作为监督机构调整PID控制器的参数，一般是根据比例系数、积分时问和微分时间对误差及误差变化的不同作用，由误差及误差变化来调整参数[22]；也可以由误差及响应时间来调整参数[23]，如此便于充分考虑在响应的不同时段三参数所起的不同作用；另外，也可用响应曲线上的其他特征量来调整PID参数[24]。

2.2.4 基于神经网络和遗传算法的的方法

基于神经网络的PID参数自整定方法，其控制器的结构有两种：一种是单神经元网络的控制，即神经元的输入值力经过比侧、积分和微分处理的偏差值；一种是在常规PID控制器的基础上增加一个神经网络模块。神经网络具有自学习、自组织能力，多层前馈网络可以任何精度逼近任意非线性，所以它可用于模型辨识。两时，用神经网络构造的PID控制器，因为网络权系数的在线自修正能力，因此能达到参数在线自整定。

遗传算法是一种基于自然选择和基因遗传原理的迭代自适应概率性搜索算法，包括3个基本操作：复制、交叉和变异。其基本思想是将待解决的淌题转化为由个体组成的演化群体和对该群体进行操作的一组遗传算予。设计PID控制器时，将控制器的参数按照二进制或者

其他形式的编码，按照Ki、Kp、Kd拼接成一条染色体个体，然后随机生成一组个体，成为群体，它以个体的适应度判断个体的优劣，适应度函数一般基于系统的动态响应性能指标，常为各种积分型指标的函数。依据个体的适应度出数，并通过交叉、变异产生下一代群体，个体的适应度越高，其被选择的概率越大，然后再对下一代群体进行评价，优胜劣汰。遗传算法操作的是解空间的一组个体，并非单个解，因此可以有效她减小局部收敛的危害。与专家整定法相比，它具有操作方便、速度快的优点，不需要复杂的规则，只是通过字串进行简单的复制、交叉、变异，便可以达到寻优。

2.2.5 规则击的特点及不足

基于规则的PID自整定控制，对模型要求较少，是借助于控制器输出和过程输出变量的观测值来表征的动态特性，而不依赖于一个居间的过程模型，从而具有易于执行且鲁棒性较强的特点。它能综合采用专家经验进行整定，其中启发式规则还可将过程动特性和干扰特性区别开来，并从保持良好的闭环响应特性出发，确定出所需的校正参数。而且基于产生式规则实现控制的系统，其程序设计以逻辑型语句为主，它和以代数型语句为主的辨识法相比较，需要的计算时间较少，所以用于处理较快的运行过程。

但这类方法也存在一些不足，方法的指导原则仍然停留在较弱的理论基础上，它需要丰富的控制知识，其性能的优劣取决于开发者对控制回路参数整定的经验，以及对反馈控制理论的理解程度。另外，如果采用模式识别的方法，当专家系统不具备判断某种模式的知识时，整定后的控制会发散。

3 结束语

通过以上分析，可以得出：无论哪种整定方法都不是万能的，它们各有各的长处和不足，都有一定的适用范围。因此，应考虑将各种自整定法重褶结合、渗透，充分发挥各自的优势来弥补不足。如将自适应、自整定和增益计划设定有机结合，使其具有自动诊断功能；结合专家经验知识、直觉推理逻辑等专家系统思想和方法，对原有PID控制器设诗忍悫及藏定方法进行改进；将预测控制、模糊控制和PID控制相结合，进～步提高控制系统性能。从PID参数整定发展的历程以及以后的演化趋势可以褥到以下两点启承：一是将鲁棒控制愚想弓|入，PID参数整定，所以使所设计的PID控制器适应生产过程中不确定性变化的能力增强；二是运用综合性能系统理论与PID参数整定方法开发多模态控制器。

参考文献

[1] Ho W K; Hang C C; Cao L S. Tuning of PID controllers based on gain and phase margin

specifications. [J] Automica, 1995, 3: 497-502．

[2] Ho W K; Lim K W; Xu W. Optimal gain and phase margin tuning for PID controllers. [J]

Automica, 1998, 34: 1009-1014.

[3] Ho W K;Lim K W;Hang C C. Getting more phase margin and performance out of PID

controllers. [J] Automica, 1999，35: 1579-1585．

[4] Nishikawa Y. A method for auto-tuning of PID control parameters[J] Automica,1984, 20;

32l-332

[5] Ziegler J G;Nichols N B. Optimum settings for automatic controllers. Trans ASME, 1942, 64：

759-768．

[6] Astrom K J;Hagglund T. Automatic tuning of simple regulators with specificications on phase

and amplitude margins. Automica, 1984, 20: 645-651.

[7] 王伟; 张晶涛. PID参数先进整定方法综述. [J]自动化学报, 2006, 26(3): 347-355.

[8] Hang C C;Astrom K J;Ho W K. Refinements of the Ziegler-Nichols tuning formula. [J] IEEE

Proceedings-D, 1991, 138(2): 111-118.

[9] 谢元旦; 夏淑艳. PID调节器参数的继电自整定方法. [J] 控制与决策, 1993, 8(1): 77-79.

[10] Voda A A; Landau J D. A method for the auto-alibration of PID controllers[J] Automica,

1995, 3l: 4l-53.

[11] Schei T S. A method for closed loop automatic tuning of PID controllers[J] Automica, 1992,

28: 587-59l.

[12] 万起光; 徐用懋. 模式识别法PID参数自整定. [J]工自动化及仪表,1989, 16(4): 6-10.

[13] 胡新泽; 蒋慰孙. 基于模式识别的自整定控制及应用. [J] 制理论及应用, 1992, 9(3):

262-267.

[14] 胡包钢; Mann G K I; Gosine R G. 关于模糊PID控制器推理机维数的研究. [J] 自动化学

报, 1998, 14(5): 608-615.

[15] Misir D; Malki H A; Chen G R. Design and analysis of a fuzzy

proportional-integral-derivative controller. [J] Fuzzy Sets and systems, 1996, 3: 297-314. [16] Malki H A; Misir D; Feigenspan D. Fuzzy PID control of a flexible-joint robot arm with

uncertainties from time-varying loads. [J] IEEE Trans on control systems Technology, 1997, 5(3): 371-378．

[17] Li W. Design of a hybrid fuzzy logic proportional pluse conventional integral-derivative Controller. [J] IEEE Trans. on Fuzzy Sets and systems, 1998, 6(4): 459-463.

[18] Xu J X; Hang C C; Liu C. Parallel structure and tuning of a fuzzy PID controller. [J]

Automica, 2000, 36: 673-684.

[19] Wu Z Q; Mizumoto M. PID type fuzzy controller and parameters adaptive method. [J] Fuzzy

Sets and systems, 1996, (1): 23-35.

[20] Mudi R K; Pal N R. A robust self tuning scheme for PI- and PD- type fuzzy controllers. [J]

IEEE Trans. on Fuzzy Sets and systems, 1999, 7: 2-16.

[21] He S Z. Fuzzy self-tuning of PID controller. [J] Fuzzy Sets and systems, 1993, (1): 37-46.

[22] 诸静. 模糊控制原理与应用. [M] 京: 机械工业出版社,1995.

[23] 刘骏跃. PID参数的模糊整定器研究. [J] 自动化与仪器仪表, 2001, 97(5)：20-22.

PID参数整定经验(DOC)

PID参数的工程整定方法培训教材 2005年12月20日

目录第一节基本控制规律及其作用效果 (1) 第二节实用的控制规律 (2) 第三节PID参数的工程整定方法 (3) 第四节复杂调节系统的参数整定 (8) 附录一各厂家DCS系统PID相关数据统计 (8) 附录二相关的名词解释 (9)

第一节基本控制规律及其作用效果在工业生产过程控制中，常用的基本调节规律大致可分为： 1 位式调节也就是常说的开/关式调节，它的动作规律是当被控变量偏离给定值时，调节器的输出不是最大就是最小，从而使执行器全开或全关。在实际应用中，常用于机组油箱恒温控制、水塔以及一些储罐的液位控制等。在实施时，只要选用带上、下限接点的检测仪表、位式调节器或PLC、再配一些继电器、电磁阀、执行器、磁力起动器等即可构成位式控制系统。因此，位式控制的过渡过程必然是一个持续振荡的过程。如图0所示。图0 位式控制的过渡过程 2 比例调节它依据“偏差的大小”来动作。它的输出与输入偏差的大小成比例，调节及时，有力，但是有余差。用比例度δ来表示其作用的强弱，用%表示。例如比例度60%，即表示当偏差为量程的60%时，输出变化值为量程的100%。δ越小，调节作用越强，调节作用太强时，会引起振荡。比例调节作用适用于负荷变化小，对象纯滞后不大，时间常数

较大而又允许有余差的控制系统中，常用于塔和储罐的液位控制以及一些要求不高的压力控制中。使用时应注意，当负荷变化幅度较大时，为了平衡负荷变化所需的调节阀开度变化也将较大，待稳定后，被控变量的余差就可能较大。比例控制规律的动态方程为：其中：y（t）——输出变化量。 e（t）——输入变化量。 Kp ——比例增益。 δ——比例度，它是Kp的倒数。 3 积分调节它依据“偏差是否存在”来动作。它的输出与偏差对时间的积分成比例，只有当余差完全消失，积分作用才停止。其实质就是消除余差。但积分作用使最大动偏差增大，延长了调节时间。用积分时间Ti 表示其作用的强弱，单位用分（或秒）表示。Ti越小，积分作用越强，积分作用太强时，也会引起振荡。积分控制规律的动态方程为：其中：TI ——积分时间。 4 微分调节它依据“偏差变化速度”来动作。它的输出与输入偏差变化的速度成比例，其实质和效果是阻止被调参数的一切变化，有超前调节的作用。对滞后较大的对象有很好的效果。使调节过程动偏差减少，余差也减少（但不能消除）。用微分时间Td表示作用的强弱，单位用分

PID参数整定方法就是确定调节器的比例带PB

PID参数整定方法就是确定调节器的比例带PB、积分时间Ti和和微分时间Td。一般可以通过理论计算来确定，但误差太大。目前，应用最多的还是工程整定法：如经验法、衰减曲线法、临界比例带法和反应曲线法。各种方法的大体过程如下：（1）经验法又叫现场凑试法，即先确定一个调节器的参数值PB和Ti，通过改变给定值对控制系统施加一个扰动，现场观察判断控制曲线形状。若曲线不够理想，可改变PB或Ti，再画控制过程曲线，经反复凑试直到控制系统符合动态过程品质要求为止，这时的PB和Ti就是最佳值。如果调节器是PID三作用式，那么要在整定好的PB和Ti的基础上加进微分作用。由于微分作用有抵制偏差变化的能力，所以确定一个Td值后，可把整定好的PB和Ti值减小一点再进行现场凑试，直到PB、Ti和Td取得最佳值为止。显然用经验法整定的参数是准确的。但花时间较多。为缩短整定时间，应注意以下几点：①根据控制对象特性确定好初始的参数值PB、Ti和Td。可参照在实际运行中的同类控制系统的参数值，或参照表3-4-1所给的参数值，使确定的初始参数尽量接近整定的理想值。这样可大大减少现场凑试的次数。②在凑试过程中，若发现被控量变化缓慢，不能尽快达到稳定值，这是由于PB过大或Ti过长引起的，但两者是有区别的：PB过大，曲线漂浮较大，变化不规则，Ti过长，曲线带有振荡分量，接近给定值很缓慢。这样可根据曲线形状来改变PB或Ti。③PB过小，Ti过短，Td太长都会导致振荡衰减得慢，甚至不衰减，其区别是PB过小，振荡周期较短；Ti 过短，振荡周期较长；Td太长，振荡周期最短。④如果在整定过程中出现等幅振荡，并且通过改变调节器参数而不能消除这一现象时，可能是阀门定位器调校不准，调节阀传动部分有间隙（或调节阀尺寸过大）或控制对象受到等幅波动的干扰等，都会使被控量出现等幅振荡。这时就不能只注意调节器参数的整定，而是要检查与调校其它仪表和环节。（2）衰减曲线法是以4：1衰减作为整定要求的，先切除调节器的积分和微分作用，用凑试法整定纯比例控制作用的比例带PB（比同时凑试二个或三个参数要简单得多），使之符合4：1衰减比例的要求，记下此时的比例带PBs和振荡周期Ts。如果加进积分和微分作用，可按表3-4-2给出经验公式进行计算。若按这种方式整定的参数作适当的调整。对有些控制对象，控制过程进行较快，难以从记录曲线上找出衰减比。这时，只要被控量波动2次就能达到稳定状态，可近似认为是4：1的衰减过程，其波动一次时间为Ts。（3）临界比例带法，用临界比例带法整定调节器参数时，先要切除积分和微分作用，让控制系统以较大的比例带，在纯比例控制作用下运行，然后逐渐减小PB，每减小一次都要认真观察过程曲线，直到达到等幅振荡时，记下此时的比例带PBk(称为临界比例带)和波动周期Tk，然后按表3-4-3给出的经验公式求出调节器的参数值。按该表算出参数值后，要把比例带放在比计算值稍大一点的值上，把Ti和Td放在计算值上，进行现场观察，如果比例带可以减小，再将PB 放在计算值上。这种方法简单，应用比较广泛。但对PBk很小的控制系统不适用。（4）反应曲线法，前三种整定调节器参数的方法，都是在预先不知道控制对象特性的情况下进行的。如果知道控制对象的特性参数，即时间常数T、时间

PID-采样周期及参数整定方法

数字PID控制器控制参数的选择，可按连续-时间PID参数整定方法进行。在选择数字PID参数之前，首先应该确定控制器结构。对允许有静差（或稳态误差）的系统，可以适当选择P或PD控制器，使稳态误差在允许的范围内。对必须消除稳态误差的系统，应选择包含积分控制的PI或PID控制器。一般来说，PI、PID和P控制器应用较多。对于有滞后的对象,往往都加入微分控制。控制器结构确定后，即可开始选择参数。参数的选择，要根据受控对象的具体特性和对控制系统的性能要求进行。工程上，一般要求整个闭环系统是稳定的，对给定量的变化能迅速响应并平滑跟踪，超调量小；在不同干扰作用下，能保证被控量在给定值；当环境参数发生变化时，整个系统能保持稳定，等等。这些要求，对控制系统自身性能来说，有些是矛盾的。我们必须满足主要的方面的要求，兼顾其他方面，适当地折衷处理。 PID控制器的参数整定，可以不依赖于受控对象的数学模型。工程上，PID控制器的参数常常是通过实验来确定，通过试凑，或者通过实验经验公式来确定。采样周期的选择采样周期：采样一数据控制系统中，设采样周期为T S，采样速率为1/T S，采样角频率为采样周期T S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。需要考虑的因素：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。

控制回路PID参数整定方法精

Honeywell DCS 控制回路PID参数整定方法鉴于目前一联合装置仪表回路自控率比较低，大部分的回路都是手动操作，这样不但增加了操作员的工作量，而且对产品质量也有一定的影响，特编制了此PID参数整定方法。一、修改PID参数必须有“SUPPERVISOR”及以上权限权限，用键盘钥匙可以切换权限，钥匙已送交一联合主任陈胜手中；二、打开要修改的控制回路细目画面，翻到下图所示的页面，修改PID控制回路整定的三个参数K，T1，T2；三、PID参数代表的含义 K：比例增益（放大倍数），范围为0.0～240.0； T1：积分时间，范围为0.0～1440.0，单位为分钟，0.0代表没有积分作用； T2：微分时间，范围为0.0～1440.0，单位为分钟，0.0代表没有微分作用。四、PID参数的作用（1）比例调节的特点：1、调节作用快，系统一出现偏差，调节器立即将偏差放大K倍输出； 2、系统存在余差。 K越小，过渡过程越平稳，但余差越大；K增大，余差将减小，但是不能完

全消除余差，只能起到粗调作用，但是K过大，过渡过程易振荡，K太大时，就可能出现发散振荡。（2）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，积分作用能消除余差，但降低了系统的稳定性，T1由大变小时，积分作用由弱到强，消除余差的能力由弱到强，只有消除偏差，输出才停止变化。（3）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，在引入微分作用后能全面提高控制质量，但是微分作用太强，会引起控制阀时而全开时而全关，因此不能把T2取的太大，当T2由小到大变化时，微分作用由弱到强，对容量滞后有明显的作用，但是对纯滞后没有效果。五、如果要知道控制回路的作用方式，可以进入控制回路的细目画面，进入下图所示页面：其中“CTLACTN”代表控制器作用方式，“REVERSE”表示反作用，“DIRECT”代表正作用。六、控制器的选择方法（1）P控制器的选择：它适用于控制通道滞后较小，负荷变化不大，允许被控量在一定范围内变化的系统；（2）PI控制器的选择：它适用于滞后较小，负荷变化不大，被控量不允许有余差的控制系统；

如何进行PID参数整定

如何进行PID参数整定如何进行PID参数整定在工程实际中，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、调整方便而成为产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把握，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﹐或不能通过有效的丈量手段来获得系统参数时，最适适用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进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，控制器的输出与输进误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，假如在进进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，在控制器中必须引进“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，直到即是零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进进稳态后无稳态误差。微分（D）控制在微分控制中，控制器的输出与输进误差信号的微分（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，在控制器中仅引进“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”，它能猜测误差变化的趋势，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即是零，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。在PID参数进行整定时假如能够有理论的方法确定PID 参数当然是最理想的方法，但是在实际的应用中，更多的是

PID参数的工程整定方法

PID参数的工程整定方法班级: 姓名:侯泉宇学号:52 PI D 调节器从问世至今已历经了半个多世纪, 在这几十年中, 人们为它的发展和推广作出了巨大的努力, 使之成为工业过程控制中主要的和可靠的技术工具。即使在微处理技术迅速发展的今天, 过程控制中大部分控制规律都未能离开 PI D, 这充分说明 P I D 控制仍具有很强的生命力。PI D 控制中一个至关重要的问题, 就是控制器三参数( 比例系数、积分时间、微分时间) 的整定。整定的好坏不但会影响到控制质量, 而且还会影响到控制器的鲁棒性。此外, 现代工业控制系统中存在着名目繁多的不确定性, 这些不确定性能造成模型参数变化甚至模型结构突变, 使得原整定参数无法保证系统继续良好的工作, 这时就要求 PI D 控制器具有在线修正参数的功能, 这是自从使用 PI D 控制以来人们始终关注的重要问题之一。本文在介绍 PI D 参数自整定概念的基础上, 对 P I D 参数自整定方法的发展作一综述。 PID 参数自整定概念PI D 参数自整定概念中应包括参数自动整定(auto tuning) 和参数在线自校正( self tuning onli ne) 。具有自动整定功能的控制器, 能通过一按键就由控制器自身来完成控制参数的整定, 不需要人工干预,它既可用于简单系统投运, 也可用于复杂系统预整定。运用自动整定的方法与人工整定法相比, 无论是在时间节省方面还是在整定精度上都得以大幅度提高, 这同时也就增进了经济效益。目前, 自动整定技术在国外已被许多控制产品所采用, 如 Lee d s &N or th r o p 的 El ec t r o ma x V、 Sa tt Con tr ol r 的 ECA40 等等, 对其研究的文章则更多。自校正控制则为解决控制器参数的在线实时校正提供了很有吸引力的技术方案。自校正的基本观点是力争在系统全部运行期间保持优良的控制性能, 使控制器能够根据运行环境的变化, 适时地改变其自身的参数整定值, 以求达到预期的正常闭环运行, 并有效地提高系统的鲁棒性。早在 20 世纪 7 0 年代, As tr o m 等人首先提出了自校正调节器, 以周期性地辨识过程模型参数为基础, 并和以最小方差为控制性能指标的控制律结合起来, 在每一采样周期内根据被控过程特性的变化, 自动计算出一组新的控制器参数。20 世纪 80 年代, Fo x bo r o 公司发表了它的 EX AC T 自校正控制器, 使用模式识别技术了解被控过程特性的变化, 然后使用专家系统方法去确定适当的控制器参数。这是一种基于启发式规则推理的自校正技术。20 世纪 90 年代, 神经网络的概念开始应用于自校正领域。具有自动整定功能和具有在线自校正功能的控制器被统称为自整定控制器。一般而言, 如果过程的动态特性是固定的, 则可以选用固定参数的控制器, 控制器参数的整定由自动整定完成。对动态特性时变的过程, 控制器的参数应具有在线自校正的能力, 以补偿过程时变。 2 P ID 参数自整定方法要实现 PI D 参数的自整定, 首先要对被控制的对象有一个了解, 然后选择相应的参数计算方法完成控制器参数的设计。据此, 可将 PI D 参数自整定分成两大类: 辨识法和规则法。基于辨识法的 PI D 参数自整定,被控对象的特性通过对被控对象数学模型的分析来得到, 在对象数学模型的基础上用基于模型的一类整定法计算 PI D 参数。基于规则的 PI D 参数自整定, 则是运用系统临界点信息或系统响应曲线上的一些特征值来表征对象特性, 控制器参数由基于规则的整定法得到。 2. 1 辨识法这类方法的本质是自适应控制理论与系统辨识的结合。为解决被控对象模型获取问题,

S7 200的PID参数整定方法

PID控制器参数整定的一般方法： 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P、I、D的大小。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；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。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。P是解决幅值震荡，P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；I是解决动作响应的速度快慢的，I大了响应速度慢，反之则快；D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。 PID控制原理： 1、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。 2、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。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

PID控制参数整定方法

●专家论谈　 PID控制参数整定方法清华大学热能系(100084)　刘　镇　姜学智　李东海过程工业控制中多采用PID控制算法,PID控制器只有在参数得到良好整定的前提下才能达到令人满意的控制效果。P ID控制器参数整定,是指在控制器的形式已经确定(PI、PID调节规律)的情况下,通过调整控制器参数,达到要求的控制目标。几十年来人们致力于研究P ID控制器参数的整定方法,提出了各种各样的方法。按应用条件分为在线整定算法、离线整定算法;按计算方式分为一次算法、反复迭代算法;本文将整定方法分为基于被控对象特性的整定方法和不依赖于对象动态特性的整定方法两大类。 1　基于被控对象特性的整定方法控制参数整定的目标是使得由控制对象、控制器等组成的控制回路的动态特性满足性能指标要求,因此,若能得到被控对象的动态特性,就可通过各种手段来整定控制器参数。被控对象的特性可用不同的模型表征,常用的是对象的参数模型(如微分方程、传递函数)、非参数模型(如阶跃响应曲线)、输出响应特征值。 1.1　基于对象参数模型的整定方法基于被控对象参数模型的整定方法是利用辨识算法得出对象的数学模型,在此基础上用整定算法对控制器参数进行整定。对象参数模型辨识方法(亦称现代的辨识方法)是在假定一种模型结构的基础上,通过极小化模型与过程之间的误差准则函数来确定模型的参数,比较常用的方法有最小二乘法、梯度校正法、极大似然法。若模型结构无法事先确定,则必须利用结构辨识方法先确定模型的结构参数(如阶次、纯迟延等)。在辨识得到对象的参数模型后,可用的参数整定方法有:极点配置整定法、相消原理法、内模控制法(IM C)、增益、相角裕量法(G PM)、基于二次型性能指标(I T A E/ IT E/ISE)的参数优化方法。这类方法对特性分明的被控对象的控制参数整定是十分有效的,但这种方法比较复杂,要得到精确的数学模型,需要较复杂的试验手段和数学手段,并且这种方法对被控过程模型有较强的限制,因而对不能或难以用精确数学模型描述的复杂过程难以奏效。若采用对象参数离线辨识,则整定为一离线的计算过程;若采用在线辨识,则整定为一在线的迭代优化过程。1.2　基于对象非参数模型的整定方法非参数模型辨识方法(亦称经典辨识方法)获得的模型是对象的非参数模型,即对象的阶跃响应、脉冲响应、频率响应等,其表现形式是以时间或频率为自变量的实验曲线。这种方法在假定过程是线性的前提下,不必事先确定模型的具体结构,因而可适用于任意复杂的过程。其所得的非参数模型经适当的数学处理,可转变为参数模型——传递函数形式,而后应用适当的整定方法或计算公式可得控制器参数。目前工程上常用测取过程对象的阶跃响应,然后由阶跃响应曲线确定过程的近似传递函数。当阶跃响应曲线比较规则时,近似法、半对数法、切线法和两点法都能比较有效地导出近似传递函数。当对象的阶跃响应曲线呈现不规则形状时,上述方法就不能获得满意的效果,这时可采用面积法来获取所需数据。面积法计算量较大,且必须正确选择传递函数阶次。阶跃响应法的局限性在于对含有积分作用的对象来说,开环阶跃响应会无限增大。对象的非参数模型辨识方法除了阶跃响应法以外,还有脉冲响应法、频率响应法、相关分析法和谱分析法等。在取得了对象的近似模型后,可应用很多整定方法和公式进行控制器参数整定,其中最著名的是Z—N整定公式[1]及Coh en—Co on整定公式[2]。基于对象非参数模型的整定方法只可用于离线整定。 1.3　基于对象输出响应特征值的控制参数整定方法对于整定来说,传统对象模型中含有的冗余信息量往往很大,这些冗余信息并不影响控制器的参数整定,且控制器参数往往具有不确定性和不唯一性,一个经合理整定的控制器应能容忍对象模型的某些摄动而保持系统稳定。由此可见,可以压缩对象模型的信息量,而抽取其主要特征进行参数整定。目前,基于对象输出响应特征值来进行PID参数整定的方法较多,比较常用的是基于开环对象N yquist曲线上的一个特征点的知识来进行控制器参数整定。比较著名的有闭环Z—N方法、继电整定法等。闭环Z—N方法(也称临界比例度法、稳定边界法)是Zieg ler和N ichlos在1942年提出的,方法是将

PID控制最通俗的解释与PID参数的整定方法要点

PID控制最通俗的解释与PID参数的整定方法 [ 2010/6/18 15:15:45 | Author: 廖老师 ] PID是比例、积分、微分的简称，PID控制的难点不是编程，而是控制器的参数整定。参数整定的关键是正确地理解各参数的物理意义，PID控制的原理可以用人对炉温的手动控制来理解。阅读本文不需要高深的数学知识。 1．比例控制有经验的操作人员手动控制电加热炉的炉温，可以获得非常好的控制品质，PID控制与人工控制的控制策略有很多相似的地方。下面介绍操作人员怎样用比例控制的思想来手动控制电加热炉的炉温。假设用热电偶检测炉温，用数字仪表显示温度值。在控制过程中，操作人员用眼睛读取炉温，并与炉温给定值比较，得到温度的误差值。然后用手操作电位器，调节加热的电流，使炉温保持在给定值附近。操作人员知道炉温稳定在给定值时电位器的大致位置（我们将它称为位置L），并根据当时的温度误差值调整控制加热电流的电位器的转角。炉温小于给定值时，误差为正，在位置L的基础上顺时针增大电位器的转角，以增大加热的电流。炉温大于给定值时，误差为负，在位置L的基础上反时针减小电位器的转角，并令转角与位置L的差值与误差成正比。上述控制策略就是比例控制，即PID控制器输出中的比例部分与误差成正比。闭环中存在着各种各样的延迟作用。例如调节电位器转角后，到温度上升到新的转角对应的稳态值时有较大的时间延迟。由于延迟因素的存在，调节电位器转角后不能马上看到调节的效果，因此闭环控制系统调节困难的主要原因是系统中的延迟作用。比例控制的比例系数如果太小，即调节后的电位器转角与位置L的差值太小，调节的力度不够，使系统输出量变化缓慢，调节所需的总时间过长。比例系数如果过大，即调节后电位器转角与位置L的差值过大，调节力度太强，将造成调节过头，甚至使温度忽高忽低，来回震荡。增大比例系数使系统反应灵敏，调节速度加快，并且可以减小稳态误差。但是比例系数过大会使超调量增大，振荡次数增加，调节时间加长，动态性能变坏，比例系数太大甚至会使闭环系统不稳定。单纯的比例控制很难保证调节得恰到好处，完全消除误差。 2．积分控制 PID控制器中的积分对应于图1中误差曲线与坐标轴包围的面积（图中的灰色部分）。PID控制程序是周期性执行的，执行的周期称为采样周期。计算机的程序用图1中各矩形面积之和来近似精确的积分，图中的TS就是采样周期。

PID参数整定方法

2·2 用试凑法确定PID 控制器参数试凑法就是根据控制器各参数对系统性能的影响程度,边观察系统的运行,边修改参数,直到满意为止。一般情况下,增大比例系数KP 会加快系统的响应速度,有利于减少静差。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差。减小积分系数KI 将减少积分作用,有利于减少超调使系统稳定,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,是超调减少,稳定性增加,但对干扰的抑制能力会减弱。在试凑时,一般可根据以上参数对控制过程的影响趋势,对参数实行先比例、后积分、再微分的步骤进行整定。 2·2·1 比例部分整定。首先将积分系数KI 和微分系数KD 取零,即取消微分和积分作用,采用纯比例控制。将比例系数KP 由小到大变化,观察系统的响应,直至速度快,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。 2·2·2 积分部分整定。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,观察输出会发现,系统的静差会逐渐减少直至消除。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,应适当的降低一点比例系数KP 。 2·2·3 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,或不稳定,这时应加入微分作用,整定时先将微分系数KD 从零逐渐增加,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,逐步使凑,直到满意为止 2·3 扩充临界比例度法这种方法适用于有自平衡的被控对象,是模拟系统中临界比例度法的扩充。其整定步骤如下: (1)选择一个足够短的采样周期T 。所谓足够短,就是采样周期小于对象的纯之后时间的1 /10。 (2)让系统作纯比例控制,并逐渐缩小比例度 ( =1/KP)是系统产生临界振荡。此时的比例度和振荡周期就是临界比例度 K 和临界振荡周期TK 。 (3)选定控制度。所谓控制度,就是以模拟调节器为基准,将系统的控制效果与模拟调节器的控制效果相比较,其比值即控制度。对于电机快速跟随调节，一般采用PD 控制算法，积分项的加入会导致系统的滞后，使得电机无法做到快速跟随运动。此外电机为一阶惯性环节为 111+s T k 。小车的传递函数为s e s T s T K s T k s T k s G s G s G τ-++=++==)1)(1(1*1)()()(212211 21 T1和T2 为小车两电机的时间常数。

PID参数的经验整定法

PID参数的经验整定法经验法是实际使用者以丰富的实践，根据仪表的调节规律和加热系统的特性总结出来的方法，也是目前广泛应用的一种方法。经验法实际上是一种试凑方法，即先将仪表的参数设置在常用数据上，然后观察调节过程的曲线形状，改变PTD参数，再观察调节过程，如还不理想，反复试凑，直到调节质量符合工件要求为止。预先设置PID参数值及反复试凑是经验法的核心。整定参数大小根据系统对象特性及仪表的量程而定，对于一般热处理炉、电加热设备的温度调节系统，可按下列参考数据进行试凑。比例带4％～1 0％；积分时问120s～600s，微分时间10s～120s：或者根据xMT 7000系列仪表的出厂参数(比例带=5％，积分时问=250s；微分时间=30s)进行试凑调整，在绝大部分场合都能满足要求。试凑过程可先调比例带P，再加积分时间I，最后加微分时间D，调试时，首先将PID参数置于影响最小的位置，即P最大、I最大，D最小，按纯比例系统整定比例度，使其得到比较理想的调节过程曲线，然后，比例带缩小0 7倍左右，将积分时间从大到小改变，使其得到较好的调节过程曲线。最后，在这个积分时间下重新改变比例带，再看调节过程曲线有无改善，如有所改善，可将原整定的比例带适当减小，或再减小积分时间，这样经过多次反复调整，就可得到合适的比例带值和积分时间。如果在外界干扰作用下，系统稳定性不够好，可以把比例带适当调大，并且适当增加积分时间，使系统有足够的稳定性，在调试过程中可以发现，如果比例带过小，积分时间过短和微分时间过长，都会产生周期性的振荡。但可以从以下几点分析引起振荡的因素，从而解决振荡问题。 (1)积分时间引起的振荡周期较长； (2)比例带过小引起的振荡周期较短； (3)微分时间过长引起的振荡周期最短；另外也可根据加温曲线的特点，确定参数的变化。如果温度变化曲线是非周期性的，而且能慢慢回复到设定值，则说明积分时间过长。如果温度变化曲线不规则，且偏离设定值较大，不能回复，则说明比例带过大。关于PID参数整定的中文说明多支持仪器仪表区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。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 一看二调多分析，调节质量不会低一般要求在现场调试时反复调节才能达到满意的效果，温度控制一般P：20-60% I：180-600S T：3-180 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。

PID控制器的参数整定(经验总结)

PID控制器的参数整定 (1)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。 (2) PID具体调节方法 ①方法一确定控制器参数数字PID控制器控制参数的选择，可按连续-时间PID参数整定方法进行。在选择数字PID参数之前，首先应该确定控制器结构。对允许有静差（或稳态误差）的系统，可以适当选择P或PD控制器，使稳态误差在允许的范围内。对必须消除稳态误差的系统，应选择包含积分控制的PI或PID控制器。一般来说，PI、PID和P控制器应用较多。对于有滞后的对象,往往都加入微分控制。选择参数控制器结构确定后，即可开始选择参数。参数的选择，要根据受控对象的具体特性和对控制系统的性能要求进行。工程上，一般要求整个闭环系统是稳定的，对给定量的变化能迅速响应并平滑跟踪，超调量小；在不同干扰作用下，能保证被控量在给定值；当环境参数发生变化时，整个系统能保持稳定，等等。这些要求，对控制系统自身性能来说，有些是矛盾的。我们必须满足主要的方面的要求，兼顾其他方面，适当地折衷处理。 PID控制器的参数整定，可以不依赖于受控对象的数学模型。工程上，PID控制器的参数常常是通过实验来确定，通过试凑，或者通过实验经验公式来确定。常用的方法，采样周期选择，实验凑试法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PID控制参数。整定步骤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、超调小的响应曲线。（2）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50～80％，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。实验经验法扩充临界比例度法

控制回路PID参数整定方法

Honeywell DCS控制回路PID参数整定方法鉴于目前一联合装置仪表回路自控率比较低，大部分的回路都是手动操作，这样不但增加了操作员的工作量，而且对产品质量也有一定的影响，特编制了此PID参数整定方法。、修改PID参数必须有“ SUPPERVISOR”及以上权限权限，用键盘钥匙可以切换权限，钥匙已送交一联合主任陈胜手中; 、打开要修改的控制回路细目画面，翻到下图所示的页面，修改PID控制回路整定的三个参数K，T1，T2 ； BOILER 三、PID参数代表的含义 K:比例增益（放大倍数），范围为0.0?240.0; T1 :积分时间，范围为0.0?1440.0,单位为分钟，0.0代表没有积分作用; 四、PID参数的作用 COHTRDL LIMITS SPHILK SFLOL N 0PMIL?海上 □ PL DL N OPMCHL W □PttOCLH TU4IhU FA^MrfETEftS CU OP -E.30040 OPCJ -G,9B00Q i H I T UAL o 4 OBeee 12 12 S-P 12 T2:微分时间，范围为0.0?1440.0，单位为分钟, 0.0代表没有微分作用 IfL fiLCQ PAGE

（1）比例调节的特点：1、调节作用快，系统一出现偏差，调节器立即将偏差放大K 倍输出；2、系统存在余差。 K越小，过渡过程越平稳，但余差越大；K增大，余差将减小，但是不能完全消除余差，只能起到粗调作用，但是K过大，过渡过程易振荡，K太大时，就可能出现发散振荡。（2）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，积分作用能消除余差，但降低了系统的稳定性，T1由大变小时，积分作用由弱到强，消除余差的能力由弱到强，只有消除偏差，输出才停止变化。（3）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，在引入微分作用后能全面提高控制质量，但是微分作用太强，会引起控制阀时而全开时而全关，因此不能把T2取的太大，当T2由小到大变化时，微分作用由弱到强，对容量滞后有明显的作用，但是对纯滞后没有效果。五、如果要知道控制回路的作用方式，可以进入控制回路的细目画面，进入下图所示页面: ----------------- CONFIGURRTION DA7R ------------------- □ IL RdACTTON AfkDQC DPT OFF rvs BCOFT OML^RUIB PVLOPFT MlRC r |UN i l- Ul i ： --- P Wfl LCB ONE PULLPR M 口CHDhl liPTOL K KTSUOPT NOME PM IROC P P R NOACTION taP T 0 L尬? HiQ D EFERfl卩ERMIT PVRQCNPR NCHCTTON IfiLOtOPT HOUS ■&POP T IMOME DEWHIPR Hr ac r ION DLVTIME0 ftBTJ P T N Of? Al T BI DtU'LDP'l!WURCT1DN DU1 tH t>DIRECT LQ M HCHCTION INIFRRCT UQUE CT L A CTH(TLAL^ID PIG &RIHCFT LIM5HF EOT PU T RACK BflDCTLDP□ ?4TCM TAIL HU AC I ION 1 ? naBsai DFHIFff LOU PUIIHPR MO AC 7工C1M LOU win 其中“ CTLACTN”代表控制器作用方式，‘R EVERSE”表示反作用, “ DIRECT”代表正作用。六、控制器的选择方法（1）P控制器的选择：它适用于控制通道滞后较小，负荷变化不大，允许被

PID参数整定过程

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0()s G s e τ-为过程通道特性，其中0()G s 为不包含过程纯滞后部分的传递函数；()d G s 为过程扰动通道传递函数；()c G s 为调节器的传递函数。则单回路系统闭环传递函数为 s c s c e s G s G e s G s G s X s Y ττ--+=)()(1)()()() (00 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。 2．PID 经典控制分析 PID 控制器的数学描述为： ])()(1)([)(u 0?++=t d i p dt t d e T dt t e T t e K t 式中，)(t e 为误差信号；)(u t 为控制器输出信号；p K 为比列系数；i T 为积分时间常数；d T 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1p k e σ =其中δ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。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。