PID控制器参数整定
pid参数的整定过程
pid参数的整定过程
PID（比例-积分-微分）控制器是一种常用的反馈控制器，用于调节和稳定系统。
PID控制器的参数整定过程通常包括以下几个步骤：
1.初始参数设定：根据系统的性质和需求，设置PID控制器的初
始参数。
通常情况下，可以将三个参数（比例增益Kp、积分时
间Ti、微分时间Td）都设为一个较小的初始值。
2.比例增益调整：从零开始逐步增加比例增益Kp的数值，观察
系统响应的变化。
如果Kp过小，系统响应可能过慢；如果Kp
过大，系统可能会出现超调或不稳定的情况。
通过不断调整Kp
的数值，直到找到一个合适的值，使得系统响应快速且稳定。
3.积分时间调整：在找到合适的Kp之后，开始调整积分时间Ti
的数值。
增大Ti会增加积分作用的影响，降低控制器对于持续
偏差的敏感度。
然而，过大的Ti可能导致系统响应的延迟和振
荡。
通过逐步调整Ti的数值，找到一个使系统响应稳定且快速
的值。
4.微分时间调整：在完成比例增益和积分时间的调整后，可以开
始调整微分时间Td的数值。
微分作用可以抑制系统响应中的
过冲和振荡，并提高系统的稳定性。
然而，过大的Td可能会引
入噪声的放大。
通过逐步调整Td的数值，找到一个能够平衡系
统响应速度和稳定性的值。
5.反复迭代：整定PID参数是一个迭代的过程。
一旦完成了上述
步骤，需要对整个系统进行测试和观察，以确定参数的最佳组合。
如果发现系统仍然存在问题，可以根据实际情况再次进行参数调整，直到达到满意的控制效果。
PID控制器的参数整定
PID控制器的参数整定PID控制器是一种常用的闭环控制器，可以根据系统的输入和输出之间的误差来调整控制器的参数，从而实现对系统的稳定控制。
PID控制器的参数整定是指确定控制器的比例系数Kp、积分时间Ti和微分时间Td的过程。
下面将详细介绍PID控制器的参数整定方法和相关的考虑因素。
一、参数整定方法：1.经验整定法：根据经验将控制器的参数进行初步设定。
经验整定法通常通过试验或先验知识来确定参数，根据具体的应用场景不断调整，以达到较好的控制效果。
该方法常用与简单的控制系统或者无法获得系统数学模型的情况下。
2. Ziegler-Nichols整定法：Ziegler-Nichols整定法是一种基于试验的整定方法。
该方法首先暂时关闭积分和微分控制，只调整比例控制系数Kp，使系统达到临界稳定状态。
然后测量临界增益Ku和临界周期Pu，根据不同类型的控制系统（比例型、积分型和微分型），采用不同的参数整定公式确定Kp、Ti和Td的初始值，再根据系统的实际响应实时调整。
3. Ziegler-Nichols改进整定法（Chien-Hrones-Reswich法）：该方法是对Ziegler-Nichols整定法的改进，可以更精确地测定控制器参数。
该方法同样通过测量系统的临界增益Ku和临界周期Pu，但是对参数的计算公式进行了修正，提高了参数整定的准确性。
4. 极点配置法（Pole Placement）：极点配置法是一种基于系统数学模型的整定方法。
通过分析系统的传递函数，确定控制器的极点位置，从而使系统的闭环响应满足所需的性能指标。
该方法需要对系统的数学模型有较详细的了解，适用于相对复杂的控制系统。
5.自整定法：自整定法是一种自动寻优的整定方法，常用于智能控制器中。
该方法通过观察系统的动态性能，通过迭代寻找最优的参数组合。
自整定法通常采用优化算法（如遗传算法、粒子群算法等）来最优参数，在一定的性能和收敛速度之间进行权衡。
二、参数整定的考虑因素：1.系统的稳定性：控制器的参数整定应确保系统的闭环响应稳定。
PID控制器的参数整定
PID控制器的参数整定PID控制器是一种常用的控制器，可以通过调节其参数来实现系统的稳定性和性能要求。
PID控制器的参数整定是指通过试验和经验总结来确定合适的比例系数Kp、积分时间Ti和微分时间Td，从而使得控制系统的闭环响应最优。
在进行PID控制器参数整定之前，首先需要清楚系统的控制目标和性能指标，例如稳态误差要求、响应时间要求、超调量要求等。
根据这些要求，可以选择不同的参数整定方法。
一般来说，PID控制器参数整定可以分为以下几个步骤：1.基本参数选择：首先根据系统特性选择基本的调节参数范围，比如比例系数Kp通常在0.1-10之间选择，积分时间Ti通常在1-100之间选择，微分时间Td通常在0-10之间选择。
2.步进试验法：通过给系统输入一个步进信号，观察系统的输出响应，并根据实验数据计算系统的动态响应特性，如超调量、峰值时间、上升时间等指标。
根据这些指标可以初步估计出Kp、Ti和Td的数量级。
3. Ziegler-Nichols法：这是一种经典的参数整定方法。
首先将积分时间Ti和微分时间Td设置为0，只有比例系数Kp。
逐渐增大Kp的值，观察系统响应的特性，当系统开始出现超调时，记录下此时的比例系数Kp为Kp_c。
然后，根据实验结果计算出Kp_c对应的周期时间Tu，即峰值时间的时间。
最后，根据经验公式，可以得到Kp=0.6*Kp_c，Ti=0.5*Tu，Td=0.12*Tu的参数。
4.直接调节法：根据实际控制需求和经验，直接选择合适的比例系数Kp、积分时间Ti和微分时间Td。
比如，Kp较大时可以提高系统的响应速度，但可能会增加超调量；Ti较大时可以消除稳态误差，但会延长系统的响应时间；Td较大时可以提高系统的稳定性，但可能会引入噪声。
5.整定软件辅助：现在有很多控制软件可以辅助进行参数整定，可以通过输入系统的数学模型、参数范围和性能指标，来进行自动参数整定和优化。
总的来说，PID控制器参数整定是一个基于试验和经验的过程，需要根据具体的系统和性能要求来选择合适的方法和参数。
PID控制器及PID参数整定
PID控制器及PID参数整定PID控制器由三个部分组成，即比例（Proportional）、积分（Integral）和微分（Derivative），分别对应PID三个参数中的KP、KI和KD。
这三个参数反映了控制器在不同情况下对误差的处理方式。
比例参数(KP)控制着输出与误差的线性关系，较大的KP会使得输出更快地接近设定值，但过大的KP会导致系统振荡甚至失稳。
积分参数(KI)用于积累误差，使得一个长时间内的小误差能够得到补偿，从而提高系统的稳定性。
但过大的KI会导致系统响应过慢甚至不稳定。
微分参数(KD)用于补偿误差的变化率，即控制系统的速度。
增大KD 可以增强系统对误差的敏感性，但过大的KD会使控制器对噪声和干扰过于敏感。
PID参数的整定是指通过实验或者理论分析的方法得到合理的PID参数值，以使得控制器具有良好的控制性能。
常见的PID参数整定方法有经验法、曲线拟合法、试控法和优化法等。
经验法是基于经验的调参方法，通过工程师的经验和直觉来选择合适的PID参数，对于简单的系统比较有效。
但对于复杂的系统来说，经验法的效果有限。
曲线拟合法是通过对系统的单位步输入响应数据进行拟合，得到合适的PID参数。
这种方法需要对系统进行一系列的实验，得到的PID参数相对准确，但工作量较大。
试控法是通过模拟DCS，人工进行PID参数调试，通过改变参数值和观察控制效果的变化，逐步找到最优的PID参数。
优化法是利用数学优化算法来寻找最优的PID参数。
这种方法可以通过数学模型对系统进行建模，然后通过算法来寻找使得系统误差最小的PID参数值。
总之，PID控制器是一种简单而又广泛应用的控制方法，通过合理调整PID参数可以实现控制器对不同系统的适应性。
PID参数整定的方法多种多样，需要根据具体的控制系统进行选择，以达到理想的控制效果。
工业控制中的PID控制器参数整定方法介绍
工业控制中的PID控制器参数整定方法介绍在工业控制领域中，PID控制器是一种常用的控制策略，它被广泛应用于各种自动化系统中。
PID控制器通过调节控制对象的输出，使其保持在期望的目标值附近。
为了达到良好的控制效果，关键是合理设置PID控制器的参数。
本文将介绍几种常用的PID控制器参数整定方法。
一、移动曲线法移动曲线法是一种常用的经验参数整定方法，适用于一些比较简单的控制系统。
该方法基于试验的数据，通过观察系统的响应曲线来调整PID控制器的参数。
首先，将控制系统的控制对象设置为一个步跃信号输入，观察系统的输出响应曲线。
根据响应曲线的形状，可以得到一些关键信息，如峰值时间（Tp）、峰值响应（M）以及延迟时间（L）。
根据这些信息，可以使用以下规则来选择PID控制器的参数：1. 比例系数Kp：如果系统的响应曲线具有较大的超调和震荡，需要增大Kp，但不要过大，以免引起系统的不稳定性。
2. 积分时间Ti：根据延迟时间L来选择Ti的大小。
一般来说，延迟时间越大，积分时间越小。
3. 微分时间Td：根据峰值时间Tp来选择Td的大小。
如果峰值时间较长，则需要适当增大Td。
通过不断的试验和调整，直到系统的响应曲线满足要求为止。
二、频率响应法频率响应法是一种较为精确和科学的参数整定方法，通过对系统进行频率特性测试，根据测试结果来确定PID控制器的参数。
首先，在控制系统中添加一个频率变化的输入信号，例如正弦波或方波。
记录并分析系统的输入和输出信号之间的频率特性。
根据频率特性曲线的形状和参数，可以选择合适的PID 控制器参数。
具体来说，可以从频率特性曲线中获得以下重要参数：1. 闭环传递函数的峰值增益（Kp）：根据峰值增益来确定比例系数Kp的大小。
峰值增益越大，Kp的取值也应相对较大。
2. 相位裕度（PM）和增益裕度（GM）：根据相位裕度和增益裕度来确定积分时间Ti和微分时间Td的取值范围。
相位裕度和增益裕度越小，积分时间Ti和微分时间Td应取得较小。
PID控制器参数整定与应用
PID控制器参数整定与应用PID控制器由比例(P)、积分(I)和微分(D)三个部分组成。
比例控制器根据当前的偏差与参考值之间的差异给出一个输出。
积分控制器根据偏差随时间的累积计算输出，用于消除系统的稳态误差。
微分控制器根据偏差的变化率给出输出，用于稳定系统的动态响应。
PID控制器的输出是比例、积分和微分控制器的输出之和。
参数整定是指选择合适的PID控制器参数，使得控制系统能够稳定工作且具有良好的响应速度和抗干扰能力。
PID控制器的参数整定一般有以下几种方法：1.经验法：根据经验和实际控制系统的特点选择参数。
这种方法适用于控制系统较简单的情况，但不具有普适性。
2. Ziegler-Nichols方法：通过实验数据来确定参数。
首先将积分和微分参数设为零，逐渐增加比例参数，直到系统出现较小的超调（即超过参考值后回波的百分比），然后根据超调曲线确定比例和时间参数。
3. Chien-Hrones-Reswick方法：通过频域分析来确定参数。
首先将系统转化为频域传递函数，然后根据传递函数的特性来选择参数。
4.自整定方法：使用专门设计的算法来进行参数整定。
这些算法根据系统的频率响应和阶跃响应等特征进行参数的优化。
1.温度控制：PID控制器可以通过调节加热元件的功率来控制温度的稳定性和响应速度。
例如，在恒温恒湿箱中，通过测量温度偏差，计算出PID控制器的输出，来控制加热器的功率，使系统保持在设定温度下。
2.流量控制：PID控制器可以通过调节阀门的开度来控制液体或气体的流量。
例如，在一个水罐中，通过测量液位偏差，计算出PID控制器的输出，来控制阀门的开度，以维持设定的液位。
3.速度控制：PID控制器可以通过调节电机的输入电压或转矩来控制机械系统的速度。
例如，在一个电动机驱动的输送带系统中，PID控制器可以根据输送带的位置偏差，计算出对电机的控制信号，来控制输送带的速度。
4.位置控制：PID控制器可以通过调节电机的转矩或位置来控制机械系统的位置。
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。
PID控制器的参数整定及优化设计
PID控制器的参数整定及优化设计PID控制器的参数整定一般包括三个部分：比例增益（Proportional Gain），积分时间（Integral Time）和微分时间（Derivative Time）。
这些参数的选择直接影响到控制系统的稳定性和响应速度。
首先，比例增益决定了输入量和误差之间的线性关系，过大的比例增益会导致系统过冲和震荡，而过小的比例增益则会导致响应速度慢。
通常情况下，可以通过试探法或经验法来选择一个适当的比例增益值，再根据实际应用中的需求进行微调。
其次，积分时间决定了积分作用对系统稳态误差的补偿能力，即消除系统的偏差。
过大的积分时间会导致系统响应迟缓和过调，而过小的积分时间则不能有效地消除稳态误差。
一种常用的方法是通过Ziegler-Nichols方法或Chien-Hrones-Reswick方法来确定适当的积分时间。
最后，微分时间决定了微分作用对系统输出量变化率的补偿能力，即消除系统的震荡。
过大的微分时间可能会导致系统过调和震荡，而过小的微分时间则不能有效地补偿系统的变化率。
一般可以通过试探法或经验法来选择一个合适的微分时间值，再根据实际情况进行调整。
除了参数整定，优化设计也是提高PID控制器性能的关键。
常见的优化方法包括模型优化、校正和自适应控制。
模型优化是指根据系统的建模结果，对PID控制器的参数进行优化。
可以通过系统的频域响应或时域响应等方法，确定最佳的参数取值。
校正是通过实时监测系统的输出值和理论值的差异，对PID控制器的参数进行在线调整。
自适应控制是指根据系统的实时状态变化，自动调整PID控制器的参数，使其能够适应不同的工作条件。
综上所述，PID控制器的参数整定及优化设计是提高控制系统性能的重要步骤。
通过适当选择比例增益、积分时间和微分时间，并利用模型优化、校正和自适应控制等方法，可以使PID控制器在不同的工作条件下具有更好的响应速度、稳定性和鲁棒性。
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仿真举例#2
广义对象特性参数：
K= 1.75 T= 6.5,r= 6.3 min 若采用PI控制器， Z・N法：匕=0.53, R = 20.8 min Lambda 法：Kc = 0.30, 7]= 6.5 min
PID参数在线整定法
+ "o
T=0 J
4整定原则：
R = O.lOmin 或 7} = 0.05miii K,整定原则：
控制增益可人工调楚，但对于设定 值的阶跃变化， 实际流量不应出现超 调。.
流量回路整定仿真举例
Output of Controller
请比较控制器的比例增 益与积分 增益
Time, min
分析下列液位控制问题的不同点
PID （比例■积分■微分）控制器
■理论PID控制器 ■工业PID 控制器（如何构造其仿真模型？）
为微分增益，通常
= 10 o
单回路PI D控制系统应用问题
对于某一动态特性未知的广义被控过程，如何选择PID控制器形式，并 楚定PID控制器参数？
内容
•:・PID控制器类型的选择 •:・控制器参数整定的一般方法 •:・流量控制回路的PID参数整定方 法
△TO,% _TOf顽一TO^g }
△CO, % COfinal — COiniJial:%
r = 1 ・5 X (，o.632z\o — *0.28
T—t' 4 0.632AO
J--
1
o
2
3
4贝6
7
8
9
i —
0
— 000m0000 0
i
n
步骤3：获取初始PID参数
（Ziegler-Nichols 方法）
•液位均匀控制常采用比例控制器（在实际应用 中，
可采用PI控制器，并选择积分时间足够大, 以减 少积分作用）。
•:•比例增益的整定原则：比例增益应尽可能小， 只要液位的波动幅度不超过允许的上下限（对 于可能的大幅度输入流量干扰）。
液位均匀控制系统的分析
假设被控过程的动态方程为
控制器类型 P
PI
< 1) / 7、
X \
＜T
竺、 X
T,
00
3.33 r
PID
注意：上述整定规则仅P艮于
(
X
2.0 T 工
1: 0<v<T
Td
0 0
・ 0-5 r ■
步骤3：获取初始PID参数
（Lambda整定法）
控制器
4 Td
取值
P
< ］、 ，T 、
R X *丁 + 人 j
00
0
A=0
PI
j、 ，T 、
•步骤2：由阶跃响应数据估计特性参数K, T,TO •步骤3：按经验公式设定PID参数虬、7｝、Td，
并将控制器切换至“自动”模式。
•步骤4：根据系统闭环响应情况，增大或减少 控
制器增益虬直至满意为止。
步骤2：获取过程参数
Transmitter Output 80
78
76 74
\
72
70
68
66
\\
•:•步骤1：将在线闭环运行的控制器，完全去除） 积分作用与微分作用（4=最大值，^ = 0） ）
成为纯比例控制器，并设置较小的Kc值。 |
•:・步骤2：施加小幅度的设定值或扰动变化， |
并观察CV的响应曲线。
（
•步骤3：若CV的响应未达到等幅振荡，则增
大H （减少比例带PB）；若CV响应为发散 振荡，
K X 、丁 + 人 j
T
0
2=r
< ］、 （T 、
PID
R X *丁+人
T
r/2
2 = 0.2 T
J
注意：上述整定规则不受或取值的限制
仿真举例#1.75
)
T= 6.5,r= 3.3 min
若采用PI控制器，
(
Z-N 法：Kc = 1.0, 7] = 11 min .
液位回路的动态特性
冬不少液位对象为非自衡的积分过程,无法
进行阶跃响应测试。 •:•当进料流量变化为主要扰动时，对于液位
控制回路，可能存在两种不同的控制目标
(1) 常规液位控制，也称“紧液位控制”； (2) 液位均匀控制，也称“平均液位控制”
常规液位控制
•控制目标是使液位与其设定值的偏差尽可能小， 而 对MV （如输出流量）的波动无限制。
则减少虬。重复步骤2。
|
•步骤4：重复步骤3,直至产生等幅振荡。
在线整定仿真举例
在线整定准则： Ziegler-Nichols 法
L， 由纯比例控制下的等幅振荡曲线，获得临界控制器增益与临界振荡周 期
并按下表得到正常工作下的
控制器参数。
控制器
4
4
Td
P
0.5匕
PI
0.45匕
"•2
PID
0.654〃
Uman
流量回路的动态特性
.:.动态响应的快速性
I
4纯滞后时间接近零,即从理论上讲控制器I
增益可无限大
I
❖测量噪声大
I
•:•为减少控制阀的频繁波动，宜采用PI控制 器，而且控制增益应小、而积分作用应大
［卧接近纯积分控制器）（为什么？）
流量回路的控制参数选择
1 f u(t) = X
Kc e(t) d——j e(r)dr
•:•假设该液位过程为自衡过程，则可采用阶跃响 应
获取K、T、T,并可采用常规的参数整定法
•:•假设该液位过程为非自衡过程，常采用PI控制器,
而且控制增益大、积分作用弱（国接近纯比例 控 制器）（为什么？）
液位均匀控制
•:•控制目标是使操作变量（如储罐输出流量）尽 可能平缓，以减少对下游装置的干扰，而允许 贮雇派位在上下限之间波动。
P
分析上述选择原因？
PID参数整定的概念
过程动态特性 及控制目标
控制器参数
Kc or PB,
)
基于过程特性参数K,々 的 离线参数整定法
•:•步骤1：将控制器从“自动”模式切换至“手
动”模式（此时控制器输出完全由人工控制）， 人为以阶跃方式增大或减少控制器输出，并记 录控制器相关的输入输出动态响应数据。
•:•液位均匀控制系统的PID参数整 定 ••:•S积um分ma饱ry和与防止
PID控制器类型选择
'被控过程 控制器 类 型
温度/成份
PID*1
*1:对于某些具有较长时间常 数的慢过程， 建议弓I入微分 作用。但若存在较大的测
量 噪声，需要对测量信号进行 一阶滤波
或平均滤波
流量/压力/ 初
立
PI
部分液位
"2
"8
在线整定仿真举例
Output of Controller 100
Kcu = 3.4, Tu = 11 min 80
PID: Kc = 2.2, Ti = 5.5 min, Td = 1.4 min
60
40
20
40
60
80
100
Time, min
在线整定法的局限性分析
未知过程的PID参数整定举例