PID参数整定方法
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参数工程整定方法
PID参数工程整定方法PID（比例、积分、微分）控制器是一个自动控制系统中常用的控制算法，用于调节系统的输出以达到期望的设定值。
1.经验法：经验法是一种基于经验和操作人员经验的调节方法。
通过实践经验，根据不同的系统特性，人们总结出一些定性关系，用于指导参数调节。
例如，经验法中最常用的方法之一是试控法，即通过调节P、I、D三个参数的值，使得系统输出与设定值之间的误差最小。
2. Ziegler-Nichols法：Ziegler-Nichols法是一种基于试控法的数学方法。
它通过改变PID控制器的增益参数来调整系统，使得系统的阻尼比达到临界阻尼点。
然后，根据输出的时间响应曲线，从曲线中提取出一些参数，根据这些参数计算出PID控制器的参数。
该方法简单易行，但只适用于一阶系统和二阶系统。
3.超调法：超调法是一种通过改变PID控制器的增益参数来调整系统的方法。
它通过观察系统的超调量来调整PID参数。
超调量是指系统在达到设定值之后，实际值超过设定值的幅度。
根据超调量的大小，可以调整PID控制器的参数值，以使系统达到更好的性能。
4.频率响应法：频率响应法是一种通过改变PID控制器的增益参数来调整系统的方法。
它通过对系统进行频率响应测试，获得系统的传递函数和频率响应曲线，然后根据曲线的特征确定PID参数。
该方法适用于高阶系统和非线性系统。
5.基于模型的方法：基于模型的方法是一种通过建立系统的数学模型来调整PID控制器的方法。
通过分析系统的模型，计算出最佳的PID参数，以使系统达到最佳的性能表现。
这种方法需要对系统有较好的了解和较强的数学建模能力。
需要注意的是，不同的系统和应用场景可能需要不同的PID参数整定方法。
参数整定是一个复杂的过程，通常需要多次试验和调节，根据实际情况和需求进行优化。
总之，PID参数工程整定是一个复杂的过程，需要结合实际情况和经验进行调节。
通过合理的参数设置，可以提高系统的稳定性、响应速度和抗干扰能力，实现更好的控制效果。
PID参数整定方法
PID参数整定方法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。
PID参数的工程整定方法
PID参数的工程整定方法1.试误法试误法是一种通过观察系统响应特性来调整PID参数的方法。
该方法主要分为两步：首先设置合理的比例增益Kp，使系统实现最佳超调；然后根据实验结果，调整积分时间Ti和微分时间Td，达到使系统快速稳定的目标。
步骤如下：1.1设置比例增益Kp，通过手动调节Kp，使系统响应产生一定的超调，并确定合适的超调量。
1.2根据超调量的大小，选择合适的积分时间Ti和微分时间Td。
-当超调较小，可以选择较大的积分时间和微分时间，以提高系统响应速度。
-当超调较大，可以选择较小的积分时间和微分时间，以减小系统超调。
2.经验公式法经验公式法是一种基于经验公式的快速整定方法，适用于一些常用的控制对象类型和工程实践中的经验总结。
它通常包括以下公式：-平稳过程：Kp=0.5Kc，Ti=3.33τ，Td=0.83τ-快速过程：Kp=0.3Kc，Ti=2τ，Td=0.5τ-慢速过程：Kp=0.2Kc，Ti=4τ，Td=τ上述公式中，Kc为临界增益，τ为对象的时间常数。
根据不同的控制对象类型，选择对应的公式进行初始参数整定，然后根据实际情况进行微调。
3. Ziegler-Nichols整定法Ziegler-Nichols整定法是一种基于系统临界增益的整定方法，该方法通过寻找系统的临界增益和周期来确定PID参数。
步骤如下：3.1将比例增益Kp调至最小值，然后逐渐增加Kp，直至系统发生持续的限幅振荡，记录此时的Kp值和周期Tp。
3.2根据所选择的整定方法，计算得到合适的PID参数：-P控制器：Kp=0.5Ku-PI控制器：Kp=0.45Ku，Ti=0.85Tp-PID控制器：Kp=0.6Ku，Ti=0.5Tp4.优化方法优化方法利用优化理论和算法，通过对系统特性的建模和参数优化求解，得到更优的PID参数配置。
常用的优化方法包括遗传算法、粒子群优化算法、模拟退火算法等。
优化方法首先需要建立系统的数学模型，并确定优化的目标函数，如稳定性、超调、控制精度等。
PID参数整定方法
2.3 PID参数整定方法参数整定找最佳，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。
2.3.1 工程整定法PID数字调节器的参数，除了比例系数K p，积分时间T i和微分时间T d外，还有1个重要参数即采样周期T。
1．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，先选择一个采样周期T，进行试验，再反复改变T，直到满意为止。
2．K p，T i，T d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K p，T i，T d的步骤如下。
选择最短采样周期T min，求出临界比例度S u和临界振荡周期T u。
具体方法是将T min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S u，振荡周期称为临界振荡周期T u。
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K p，T i，T d。
表2-1 扩充临界比例度法整定参数表2）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。
PID参数自整定的方法及实现
PID参数自整定的方法及实现PID是一种常见的控制算法，其参数的正确调整对系统的稳定性和性能至关重要。
以下是几种常见的PID参数自整定方法及其实现。
1.经验法经验法是一种基于控制经验和试错法的PID参数整定方法。
通常，初始参数通过试错法手动调整，观察系统的响应，并根据响应结果进行进一步的调整。
这个过程会反复进行，直到达到所需的控制效果。
实现方法：-根据系统的特性和需求，选择初始参数。
-将初始参数应用到系统中，并记录系统的响应。
-根据响应结果，进行参数调整。
-不断重复上述步骤，直到达到所需的控制效果为止。
2. Ziegler-Nichols法Ziegler-Nichols法是一种常用的自整定方法，根据系统的响应特性，直接确定PID参数的初值。
实现方法：-将PID控制器的I和D参数设为0，并逐步增大P参数，观察系统的响应。
-当P参数达到临界值时，系统开始出现振荡。
-记录此时的P参数值，并根据振荡的周期和振幅计算出相应的PID 参数。
3.贝叶斯优化法贝叶斯优化法是一种基于概率模型的自整定方法，通过不断观察系统的响应和根据历史数据进行参数调整，以逐步优化PID参数。
实现方法：-根据系统的特性和需求，选择初始参数。
-将初始参数应用到系统中，并记录系统的响应。
-利用历史数据，建立系统响应模型。
-根据模型，计算参数的后验概率分布。
-根据概率分布，调整参数。
-不断重复上述步骤，直到达到所需的控制效果为止。
4.闭环步跃法闭环步跃法是一种通过系统的闭环响应来自整定PID参数的方法。
通过观察系统在单位步跃负载下的响应，确定PID参数的初值。
实现方法：-将PID控制器的I和D参数设为0，并逐步增大P参数，观察系统在单位步跃负载下的响应。
-记录此时的P参数值，并根据响应曲线的特性计算出相应的PID参数。
以上是几种常见的PID参数自整定方法及其实现。
根据具体的控制系统和需求，选择合适的方法可以有效提高系统的稳定性和性能。
同时，注意在实际应用中需要结合经验和试错进行进一步的调整，以达到最佳的控制效果。
pid参数整定方法。
pid参数整定方法。
PID控制器是一种广泛应用于自动化控制系统中的控制算法。
PID 控制器可以通过调整其三个参数来实现对系统的精确控制，这三个参数分别是比例系数Kp、积分时间Ti和微分时间Td。
但是，PID参数整定是一项具有挑战性的任务，需要根据系统的特性和控制需求进行适当的调整。
下面是一些常用的PID参数整定方法：1. 经验法经验法是最简单的PID参数整定方法之一，它基于经验规律来进行参数调整。
其中一种经验法是以经验公式为基础的Ziegler-Nichols方法。
该方法需要通过试验和观察系统的动态响应来确定参数。
具体来说，该方法需要将比例系数Kp增加到系统稳定性极限的一半，然后测量系统的振荡周期，并根据周期计算出积分时间Ti和微分时间Td。
然后按照计算出的参数进行系统控制即可。
2. 模型法模型法是一种基于数学模型的PID参数整定方法，它可以通过分析系统的数学模型来确定参数。
该方法需要先建立系统的数学模型，然后根据模型的特性进行参数调整。
具体来说，该方法需要根据系统的动态特性和控制需求来选择合适的模型，然后根据模型的参数来计算PID参数。
3. 试验法试验法是一种基于试验数据的PID参数整定方法，它可以通过实际试验来确定参数。
该方法需要设计一组试验方案，然后根据试验数据来确定参数。
具体来说，该方法需要先确定试验方案，然后根据试验数据来计算PID参数。
该方法的优点是可以直接反映系统的实际特性，但是需要进行大量的试验工作。
总之，PID参数整定是一项复杂的任务，需要根据具体的应用环境和控制需求来选择合适的方法进行参数调整。
同时，也需要注意参数调整过程中的稳定性和系统响应速度等因素。
PID参数的整定方法
PID参数的整定方法PID控制器是目前最常用的控制算法之一，其调节参数（也称为PID 参数）的合理设置对控制系统的性能起着关键作用。
下面将介绍几种常用的PID参数整定方法。
1.经验法：经验法是最为简单直接的方法，通常由经验工程师根据自身经验来设定PID参数。
这种方法适用于一些简单的控制系统，但是对于复杂的系统来说，由于经验法不能提供具体的参数值，容易出现性能较差的情况。
2. Ziegler-Nichols 整定法：Ziegler-Nichols 整定法是PID参数整定中较为经典的方法，其步骤如下：-首先将PID控制器的I和D参数设置为零。
-逐渐增大比例参数（P）直到系统出现持续且稳定的振荡。
-记录此时的比例参数为Ku。
- 根据不同的控制对象类型，Ziegler-Nichols方法会有不同的参数整定公式，常见的有：-P型系统：Kp=0.50Ku，Ti=0.50Tu，Td=0.125Tu-PI型系统：Kp=0.45Ku，Ti=0.83Tu，Td=0.125Tu-PID型系统：Kp=0.60Ku，Ti=0.50Tu，Td=0.125Tu其中Ku为临界增益值，Tu为临界周期。
3. Chien-Hrones-Reswick (CHR) 整定法：CHR整定法基于频域设计方法，通过系统的频率响应曲线来确定PID参数。
其步骤如下：-绘制系统的频率响应曲线（一些软件和仪器可以直接测量）。
-根据曲线的特征，确定比较慢的过程的时间常数τ和极点频率ωp。
-根据以下公式得到PID参数：-P参数：Kp=2/（ωpτ）-I参数：Ti=τ/2-D参数：Td=τ/8不能掉进方法的误区，如超调范围不合适，调节周期过大或周期过小时，传递函数为微分型等。
4.设计优化法：设计优化法是基于性能指标的优化算法，通过对系统的模型进行优化，得出最佳的PID参数。
这种方法较复杂，通常使用数学工具或计算机软件进行参数优化。
常见的优化算法有遗传算法、粒子群算法等。
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• 作图程序
close all; figure(1); plot(t,y(:,1),'k','linewidth',2); xlabel('time(s)');ylabel('y');
• （2）由图可以近似得到ԏ=80，Τ=60，从 而得到 1 1,
60
• 则对象模型可以表示为 • （3）采用pid控制算法，根据表可以计算得 • 0.855 0.85 1 80 1.1333 即
（3）有了KC和Tk这两个试验数据，按下表给出的经验公式，就可以计算 出当采用不同类型的控制器参数值。
• 设被控对象为
GP ( s )
1 e 80 s 60 s 1
• 第一步,取Ti=无穷大,Td=0,不断改变kc的值， • 直到出现等幅震荡，如图
• • • • • • •
此时的kc=2.1，Tk=220 根据表，可以计算kp=0.6kc=1.2 Τi=0.5×Τk=0.5×220=110 Τd=0.12×Τk=0.12×220=26.4 ki=kp/Τi=1.2/110 kd=kp×Τd=1.2×26.4 （4）可适当对计算出来的值做一点调整， 直到过渡过程满意为止。
• 响应曲线整定pid参数
控制器类型 P PI PID 比例度 ԑԏ 1.1ԑԏ 0.85ԑԏ 3.3ԏ 2ԏ 0.5ԏ 积分时间 微分时间
仿真实例
• 设被控对象为 • 响应曲线法整定分为以下三步： • （1）首先断开反馈通道，给被控对象一个 阶跃输入信号，仿真程序
G p ( s) s e s 1
60
kp 1
GP ( s )
1 e 80 s 60 s 1
0.8824 , 2 160 , D 0.5 40.
• 连续pid控制仿真
• 作图程序
• • • • • close all; figure(2); plot(t,y(:,1),'r',t,y(:,2),'k:','linewidth',2); xlabel('time(s)');ylabel('yd and y'); legend('ideal position signal','position tracking')
I
D
• 如果取 kp , 规律表示为
1
kp ki ,
,
kd kpD ,则pid的控制
t 0
u (t ) k p e ki edt k d
de dt
• 该方法首先要通过试验测定开环系统对阶跃 输入信号的响应曲线，具体步骤为： • （1）首先进行开环控制，断开反馈通道， 给被控对象一个阶跃输入信号Δu； • （2）记录被控对象的输出特性曲线； u y y • （3）从曲线上求得参数 u ， ， ， ， T和ԏ；
tr
• 设置被控对象 • 第一步,取Ti=无穷大,Td=0,不断改变kc的值， 直到衰减比10：1，如图，此时的kc=0.8， Tr=100
1 GP ( s ) e 80 s 60 s 1
• • • • •
根据表，可以计算kp=1.25kc=1.25×0.8=1 Τi=1.2×Τr=1.2×100=120 Τd=0.4×Τr=0.4×100=40 ki=kp/Τi=1/120 kd=kp×Τd=1×40=40
PID控制器的整定
基于响应曲线法的PID整定
• 基本原理 • 可根据带有时滞环节的一阶近似模型的阶 跃响应来整定PID。该模型表示为
K s G(s) e Ts 1
• 式中，一阶响应的特征参数K，T和ԏ可以由 图所构成的示意图提取出来。
y
拐点
Δy
0
τ
T
t
• 响应曲线法是根据给定对象的瞬态响应特 性参数K，T和ԏ来确定PID参数，整定公式 如表所示。如果单位阶跃响应曲线为S形曲 线，则可用此法，否则不能用。 1 1 t de • PID控制算法为 u(t ) (e T 0 edt TD dt ) I T T • 式中，σ为比例度，为积分时间，为微分时 间。
连续pid控制单位阶跃响应曲线
临界比例度法
• （1）在系统闭环的情况下，将控制器的积分时间 Ti放到最大，微分时间TD放到最小，比例放大倍数 Kc设为1。 • （2）然后使Kc由小往大逐步改变，并且每改变一 次Kc值时，通过改变给定值给系统施加一个阶跃干 扰，同时观察被控变量y的变化情况。若y的过渡过 程呈衰减振荡，则继续增大Kc值，若y的过渡过程 呈发散振荡，则应减小Kc值，直到调至某一Kc值， 过渡过程出现不衰减的等幅振荡为止，如图所示： 这时过渡过程称之为临界振荡过程。出现临界振荡 过程的放大倍数Kc成为临界放大倍数，临界振荡的 周期Tk则称临界周期。
4
1
Ts
（3）通过上述试验可以找到4：1衰减振荡时的放大倍数为Ks以及振荡周期Ts。 根据下表给出的经验公式，可以算出采用不同类型控制器使过渡过程出现4： 1振荡的控制器参数值。
设置被控对象
1 GP ( s ) e 80 s 60 s 1
• （1）第一步,取Ti=无穷大,Td=0,不断改变kc 的值，直到衰减比4：1，如图，此时的 kc=1.1，Ts=450-150=300
min
max
min
max
• （4）计算K和飞升速度ԑ； y • Κ和ԑ按下式计算：
• 式中，Δu为输入信号的阶跃值， umax ，u min 为 ymax和 ymin 为对象输 输入信号的最大最小值， 出的最大最小值。 • （5）根据所求的ԏ和ԑ，按表的经验公式求 出不同类型的控制器参数。
ymax ymin k , u umax u min
• • • • •
根据表，可以计算kp=1.25kc=1.37 Τi=0.3×Τs=0.3×300=90 Τd=0.1×Τs=0.1×300=30 ki=kp/Τi=1.37/90 kd=kp×Τd=1.37×30
10：1衰减振荡
• 10：1衰减曲线法的试验与4：1衰减曲线法试验方 法相同。此外还需要从10：1衰减过程的曲线上计 算达到第一个波峰时的时间为Tr（因为曲线衰减很 快，振荡周期不确定，故改用上升时间代之）。根 据KC以及Tr两个试验数据，根据下表所给出的经 验公式，即可算出同类型控制器使过程呈10：1衰 减的控制参数。
衰减曲线法：
• （1）衰减曲线法是在系统闭环情况下，将 控制器积分时间TI放在最大，微分时间TD 放到最小，比例放大倍数KC设为1， • （2）然后使KC由小往大逐步改变，并且每 改变一次KC值时，通过改变给定值给系统 施加一个阶跃干扰，同时观察过渡过程变 化情况。如果衰减比大于4：1，KC值继续 增加，如果衰减比小于4：1，KC值继续减 小，直到过程呈现4：1衰减如图为止