PID调节器的作用及其参数对系统调节质量的影响
PID参数意义与调整
PID参数意义与调整PID（比例-积分-微分）控制是一种广泛应用于工业控制系统中的常见控制算法。
在PID控制中，调节器根据实时测量值与设定值之间的误差来计算输出信号，并将其送入执行器中，从而使系统的输出变量尽可能接近设定值。
PID控制器中的三个参数分别为比例（P）、积分（I）和微分（D），它们分别用来调整系统的响应速度、稳定性和抗干扰性。
比例参数（P）用于根据当前误差的大小来决定相应的输出信号。
较大的P值会使输出更敏感，但也可能导致系统的稳定性降低，或者引起过冲和振荡。
较小的P值则可能导致系统的响应过慢。
积分参数（I）用于处理系统中的积累误差，即长期偏离设定值的情况。
较大的I值会使系统对积累误差的处理更加敏感，但也可能导致系统的稳定性受到影响，或者引起过冲和振荡。
较小的I值则可能导致系统对积累误差的处理不够灵敏。
微分参数（D）用于根据当前误差的变化率来决定相应的输出信号。
较大的D值会使系统对变化率的响应更加敏感，但也可能导致系统的稳定性降低，或者引起过冲和振荡。
较小的D值则可能导致系统对变化率的响应不够灵敏。
试错法是最常用的调参方法之一，它通过不断调整PID参数，并观察系统的响应，来逐步逼近最佳的参数组合。
该方法需要经验和实践，可能需要多次实验和调整才能找到最佳参数。
经验公式法是基于经验公式来估计PID参数的初始值，然后通过试错法进行进一步的调整。
常用的经验公式包括Ziegler-Nichols法和Chien-Hrones-Reswick法等。
这些公式基于系统的动态响应特性来推导参数的初始值，然后再根据实际情况进行微调。
数学优化法是一种通过数学优化算法来寻找最佳PID参数的方法。
这些算法可以根据系统的数学模型和控制目标，通过迭代计算来找到最佳的参数组合。
常用的数学优化算法包括遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等。
无论采用哪种调参方法，都需要根据具体的系统和控制要求来选择合适的参数范围。
一般来说，参数的调整应该从小范围开始，逐步逼近最佳值。
PID控制参数调节对系统性能的影响
PID 控制参数对系统性能的影响1. 引言PID （比例积分微分）控制自产生以来就一直是工业生产中应用最广泛的控制方法，随着电子计算机和控制领域的发展，控制器的方案也在不断丰富，但由于PID 控制法（比例、积分、微分控制法）原理简单、适用性强和鲁棒性强等特点至今仍被广泛应用。
本文对不同的受控系统改变PID 调节的各参数，采用单位阶跃响应分析法和根轨迹法对PID 控制系统进行了仿真分析，旨在对PID 调节进行更加深入细致研究。
2. PID 控制原理仿真分析PID 是基于反馈理论的调节方式，通过对误差信号()e t 进行比例、积分和微分运算，再对结果进行适当处理，从而对被控对象进行调节控制，其主要结构如图1 所示。
PID 控制可以抽象为数学模型：()=I P c p D P P D I K K H s K sK K K T s s T s=++++ 式中P K ，I K ，D K 为常数。
我们需要通过设计这些参数使系统达到性能指标。
图1 PID 控制系统框图2.1 系统稳定性判据根轨迹法是分析和设计线性定常控制系统的图解方法，它是开环系统某一参数不断变化时，闭环系统特征方程根在S 平面上变化的轨迹。
当开环增益或其他I(积分) P(比例)D(微分)R(t) 受控对象U(t)e(t)G 0(S)G C (S)参数改变时，其全部数值对应的闭环节点全部可在根轨迹图上确定。
系统的稳定性由系统闭环极点唯一确定，而系统的稳态性能和动态性能又与闭环零极点在S 平面上的位置密切相关，所以根轨迹不仅可以直接给出闭环系统时间响应的全部信息，还可指明开环零点、极点应该怎样变化才能满足给定闭环系统的性能指标要求。
若根轨迹全部在S 左半平面，则不论参数怎么变化系统都是稳定的；若根轨迹在虚轴上，则系统临界稳定；若根轨迹全部在S 右半平面，则系统是不稳定的；若根轨迹在整个S 平面，则系统稳定性与开环增益K 的大小有关。
2.2 比例（P ）控制对系统的影响我们对系统021()(2)(3)G s s s =+⋅+ 调节不同的比例系数进行比例环节控制，则系统00()()()=()c P G s G s G s K G s =⋅⋅ 取P K =1，5，10，15，20和25，系统的单位阶跃响应如图2（a ）所示。
pid各参数对系统的影响
调节参数求助编辑PID各参数对PID运算输出的影响。
进而分析各参数影响的曲线形状。
通过相关的曲线形状，了解PID参数整定的方法。
仔细分清各个参数的作用，和扰动情况下的相应曲线，可以快速准确地判断一个自动调节系统中，到底应该设置什么样的参数。
目录关键词纯比例作用积分作用比例积分作用微分作用关键词纯比例作用积分作用比例积分作用微分作用展开编辑本段关键词比例带δ，PID的输入偏差△e，积分作用，微分作用，被调量，静差。
在一个调节质量比较差的自动调节系统中，我们要快速准确地判断是那个参数引起的，不大容易，往往要费很大的精力。
书本上告诉我们许多方法，比如衰减曲线法，计算法等等。
但是在实际应用中，都不大实用。
笔者经过大量的实践和思考，总结出了一套快速简便的方法，供各位专家指正。
首先，我们要弄清楚每个参数的实际意义，并且一定要搞清楚各种参数在简单扰动情况下的响应特征，和曲线特征。
然后再一步一步由简入难，才可以分析实际复杂情况下的参数设置。
下面我们来分析各种参数的特性。
首先，我们要了解的是在单一参数情况下，调节系统的被调量输出曲线是怎样受参数影响的。
编辑本段纯比例作用纯比例作用下，调节器的输出:Tout =△e •（1 / δ）△e ：PID的输入偏差，即被调量减去定值的差。
δ：比例带。
可以看出，调节器的输出与输入偏差呈纯比例关系。
定值一般不变，单PID下，各曲线变化如图示。
假设被调量偏高时，调门应关小，即PID为负作用。
在定值有一阶跃扰动时，调节器输入偏差为－△e。
此时Tout 也应有一阶跃量△e •（1 / δ），然后被调量不变。
经过一个滞后期t2，被调量开始响应Tout。
因为被调量增加，Tout也开始降低。
一直到t4时刻，被调量开始回复时，Tout才开始升高。
由此可见，比例作用下，各曲线有如下特点：1、比例作用与△e的变化量有关（1 / δ倍），与静差无关。
Tout 的曲线与被调量曲线完全相似；2、顶点时刻一致；3、波动周期一致；编辑本段积分作用在多数调节器中，积分作用不能单独使用，它必须和其它参数合用。
PID三个参数的作用
PID三个参数的作用PID控制器是一种常用的控制器，用于调节和维持系统的稳定性。
它通过对系统的误差进行测量，并计算出一个控制信号来调整系统的行为。
PID控制器有三个参数，包括比例(P)、积分(I)，以及微分(D)，它们分别表示对误差的比例、积分和微分作用。
1.比例(P)参数：比例参数是通过将系统的误差乘以一个比例系数来产生控制信号。
比例参数的主要作用是根据误差的大小来调整系统的响应速度和稳定性。
如果比例参数设置得太小，那么系统的响应速度将会较慢，在误差较大时，系统可能无法及时做出反应；如果比例参数设置得太大，那么系统的响应速度将会较快，但可能会引发震荡或不稳定的情况。
2.积分(I)参数：积分参数是通过对系统的误差进行积分来产生控制信号。
积分参数的主要作用是根据误差的累积量来调整系统的稳定性和准确性。
当系统存在静态误差时，积分参数可以通过积累误差并逐渐减小误差来使系统产生稳定的输出。
然而，如果积分参数设置得过大，系统可能会产生震荡和不稳定的情况。
3.微分(D)参数：微分参数是通过对系统的误差变化率进行测量和计算来产生控制信号。
微分参数的主要作用是根据误差的变化率来调整系统的抗干扰能力和响应速度。
当系统存在快速变化的干扰时，微分参数可以通过测量误差的变化率来抵消干扰，使系统更加稳定。
然而，如果微分参数设置得过大，系统可能会非常敏感，产生过多的干扰。
综上所述，PID控制器的三个参数分别控制了系统的响应速度、稳定性、准确性和抗干扰能力。
合理地选择和调整PID参数可以使系统快速、稳定地达到设定值，并抵抗外界干扰，从而有效地控制和调节系统的行为。
然而，根据不同的系统和应用场景，PID参数的选择和调整也需要经验和实践的积累，无法简单地一劳永逸地确定。
PID控制中PID参数的作用是什么
PID控制中PID参数的作用是什么PID控制是一种常用的控制算法，用于调节控制系统的输出以实现对目标系统的精确控制。
PID控制器由比例项（P）、积分项（I）和微分项（D）三部分组成，分别代表了系统的反馁、积分和微分调节能力。
PID 参数指的就是这三个调节参数的设定值，通过合理调节这些参数可以使系统快速、稳定地收敛到设定值，达到所需的控制效果。
首先，比例项（P）是PID控制中的最基本参数，它用于根据目标系统的偏差信号来产生一个与偏差成正比的控制输出。
比例项的作用是调节系统的响应速度和稳定性，增加比例增益会使系统的响应速度更快，但也可能导致系统的过冲和震荡。
因此，通过合理选择比例项的大小可以在快速响应和稳定性之间作出折中，从而实现良好的控制效果。
其次，积分项（I）用于修正系统的稳态误差，即系统在达到设定值后仍存在的误差。
积分项的作用是积累系统偏差的累积量，并根据这个积累量对系统进行调节，以减小系统的稳态误差。
适当增加积分项的大小可以有效减少系统的稳态误差，但过大的积分项会导致系统的超调和振荡，因此需要谨慎选择积分项的大小。
最后，微分项（D）用于预测系统的未来发展趋势，通过对系统的偏差变化率进行调节来抑制系统的振荡和过冲。
微分项的作用是减小系统响应过程中的超调和振荡，提高系统的稳定性和控制精度。
增加微分项的大小可以有效减少系统的振荡和过冲，但过大的微分项也会使系统对测量噪声更为敏感，因此需要适当选择微分项的大小。
总的来说，PID参数的作用是通过合理调节比例、积分和微分项的大小，平衡系统的响应速度、稳定性和鲁棒性，以达到对目标系统的精确控制。
在实际应用中，需要结合目标系统的特性和控制要求，仔细调节PID 参数，使系统能够在各种工况下都能够稳定、快速地达到设定值，实现控制系统的自动化、智能化。
PID控制器作为一种简单有效的控制算法，广泛应用于各类工业控制系统中，对于提高系统的稳定性、精度和效率都具有重要意义。
PID各参数对系统的影响
I:积分速度（积分常数）的大小对调节过程影响增大积分速度调节阀的速度加快，但系统的稳定性降低当积分速度大到超过某一临界值时，整个系统变为不稳定，出现发散的振荡过程。
S0愈大，则调节阀的动作愈快，就愈容易引起和加剧振荡，而最大动态偏差则愈来愈小。
减小积分速度调节阀的速度减慢，结果是系统的稳定性增加了，但调节速度变慢当积分常数小到某一临界值时，调节过程变为非振荡过程。
无论增大还是减小积分速度，被调量最后都没有残差P:余差（或静差）是指：被调参数的新的稳定值与给定值不相等而形成的差值。
余差的大小与调节器的放大系数K或比例带δ有关放大系数越小，即比例带越大，余差就越大；放大系数越大，即比例带越小，比例调节作用越强，余差就越小。
比例带对于调节过程的影响a)δ大调节阀的动作幅度小，变化平稳，甚至无超调，但余差大，调节时间也很长b)δ减小调节阀动作幅度加大，被调量来回波动，余差减小c)δ进一步减小被调量振荡加剧d)δ为临界值系统处于临界稳定状态e)δ小于临界值系统不稳定，振荡发散比例调节的特点：（1）比例调节的输出增量与输入增量呈一一对应的比例关系，即：u = K e（2）比例调节反应速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态特性好。
（3）比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。
比例带的一般选择原则：若对象较稳定（对象的静态放大系数较小，时间常数不太大，滞后较小）则比例带可选小些，这样可以提高系统的灵敏度，使反应速度加快一些；相反，若对象的放大系数较大，时间常数较小，滞后时间较大则比例带可选大一些，以提高系统的稳定性。
当被调参数突然出现较大的偏差时比例调节能立即按比例把调节阀的开度开得很大但积分调节器需要一定的时间才能将调节阀的开度开大或减小如果系统干扰作用频繁，积分调节会显得十分乏力D:如加热炉温度自动调节,当温度低于给定值时,则煤气阀门应开大,这是比例调节作用,但同时发现,温度降低的速度很快,说明出现了较大的扰动,则下一时刻的偏差将会更大,因此应预先采取措施,即提前动作,把煤气阀门的开度开得更大一些,这叫超前作用微分调节的思想：微分调节只与偏差的变化成比例，偏差变化越剧烈，由微分调节器给出的控制作用越大，从而及时地抑制偏差的增长，提高系统的稳定性。
PID调节器的作用及其参数对系统调节质量的影响
PID调节器的作用及其参数对系统调节质量的影响PID控制器是一种常用的控制器类型，其英文全称为Proportional-Integral-Derivative Control。
PID调节器的作用是通过不断调整控制器的输出信号，使得系统的输出值尽可能接近期望值，并且尽可能快速地达到期望值。
PID调节器主要通过三个参数来调节，分别是比例系数Kp、积分时间Ti和微分时间Td。
这三个参数可以通过调整来控制系统的调节质量。
首先，比例系数Kp决定了控制器输出与偏差之间的线性关系。
Kp越大，控制器输出对偏差的响应越强烈，系统的调节速度也就越快。
然而，Kp过大可能导致系统产生过冲或者不稳定的现象。
因此，适当地选择Kp 可以平衡系统的调节速度和稳定性。
其次，积分时间Ti决定了对系统误差的累积效果。
积分控制由于有记忆效应，可以用来消除稳态误差。
Ti越大，系统对误差的积累效应越强，可以更好地消除稳态误差。
但是，Ti过大可能导致系统产生震荡现象，使得系统不稳定。
因此，适当选择Ti可以使系统达到稳态时误差较小。
最后，微分时间Td决定了对系统误差变化率的响应。
微分控制可以通过对系统输出的变化率进行预测来减小偏差。
Td越大，系统对偏差变化率的响应越快，可以更好地预测偏差的变化趋势。
然而，Td过大也可能导致系统产生震荡或者不稳定的现象。
因此，适当选择Td可以平衡响应速度和稳定性。
总体来说，比例控制作用于系统的瞬态响应，积分控制作用于系统的稳态误差，微分控制作用于系统的瞬态稳定性。
通过调整这三个参数，可以达到理想的系统调节质量。
当需要较快的调节速度时，可以适当增大Kp和Td，减小Ti；当需要稳态误差较小时，可以适当增大Kp和Ti，减小Td；当需要减小震荡和不稳定现象时，可以适当减小Kp和Td，增大Ti。
总之，PID调节器通过调整比例系数、积分时间和微分时间来控制系统的调节质量，不仅可以使系统的调节速度快，稳态误差小，而且还可以减小震荡和提高系统的稳定性。
PID控制参数调节对系统性能的影响
PID 控制参数对系统性能的影响1. 引言PID （比例积分微分）控制自产生以来就一直是工业生产中应用最广泛的控制方法，随着电子计算机和控制领域的发展，控制器的方案也在不断丰富，但由于PID 控制法（比例、积分、微分控制法）原理简单、适用性强和鲁棒性强等特点至今仍被广泛应用。
本文对不同的受控系统改变PID 调节的各参数，采用单位阶跃响应分析法和根轨迹法对PID 控制系统进行了仿真分析，旨在对PID 调节进行更加深入细致研究。
2. PID 控制原理仿真分析PID 是基于反馈理论的调节方式，通过对误差信号()e t 进行比例、积分和微分运算，再对结果进行适当处理，从而对被控对象进行调节控制，其主要结构如图1 所示。
PID 控制可以抽象为数学模型：()=I P c p D P P D I K K H s K sK K K T s s T s =++++ 式中P K ，I K ，D K 为常数。
我们需要通过设计这些参数使系统达到性能指标。
图1 PID 控制系统框图系统稳定性判据根轨迹法是分析和设计线性定常控制系统的图解方法，它是开环系统某一参数不断变化时，闭环系统特征方程根在S 平面上变化的轨迹。
当开环增益或其他参数改变时，其全部数值对应的闭环节点全部可在根轨迹图上确定。
系统的稳定性由系统闭环极点唯一确定，而系统的稳态性能和动态性能又与闭环零极点在S 平面上的位置密切相关，所以根轨迹不仅可以直接给出闭环系统时间响应的全部信息，还可指明开环零点、极点应该怎样变化才能满足给定闭环系统的性能指标要求。
若根轨迹全部在S 左半平面，则不论参数怎么变化系统都是稳定的；若根轨迹在虚轴上，则系统临界稳定；若根轨迹全部在S 右半平面，则系统是不稳定的；若根轨迹在整个S 平面，则系统稳定性与开环增益K 的大小有关。
比例（P ）控制对系统的影响 我们对系统021()(2)(3)G s s s =+⋅+ 调节不同的比例系数进行比例环节控制，则系统00()()()=()c P G s G s G s K G s =⋅⋅ 取P K =1，5，10，15，20和25，系统的单位阶跃响应如图2（a ）所示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验: PID调节器的作用及其参数对系统调节质量的影响
一.实验目的:
1.了解和观测PID基本控制规律的作用，对系统动态特性和稳态特性及稳
定性的影响。
2.验证调节器各参数(Kc，Ti，Td), 在调节系统中的功能和对调节质量的
影响。
二. 实验内容:
1.分别对系统采取比例(P)、比例微分(PD)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID)
控制规律，通过观察系统的响应曲线，分析系统各性能的变化情况。
1.观测定值调节系统（扰动作用时）在各调节规律下的响应曲线。
2.观测调节器参数变化对定值调节系统瞬态响应性能指标的影响。
三. 实验原理:
参考输入量（给定值）作用时，系统连接如图（1）所示:
图（1）
图（2）
四. 实验步骤:
利用MATLAB中的Simulink仿真软件。
l. 参考实验一，建立如图（2）所示的实验原理图；
2. 将鼠标移到原理图中的PID模块进行双击，出现参数设定对话框，将PID
控制器的积分增益和微分增益改为0，使其具有比例调节功能，对系统进行纯比例控制。
3. 单击工具栏中的
图标，开始仿真，观测系统的响应曲线，分析系统性
能；调整比例增益，观察响应曲线的变化，分析系统性能的变化。
4. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例微分控制，观测系统的响应曲线，
分析比例微分控制的作用。
5. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例积分控制，观测系统的响应曲线，
分析比例积分控制的作用。
6. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例积分微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分微分控制的作用。
(1) P=1,I=0,D=0
(2) P=0.618,I=0,D=0
(3) P=0.618,I=0.1,D=0
(4) P=0.618,I=1,D=0
(5) P=0.618,I=1,D=0.1
(6) P=0.618,I=1,D=1
(7) P=1.8 I=0 D=0
(8)P=1.8 I=0.6 D=0
(9) P=1.8 I=1.4 D=0
五.思考题:
1.比例微分控制规律对改变系统的性能有什么作用？
2.比例积分控制规律对改变系统的性能有什么作用？
3. 定值调节系统与随动调节系统其响应曲线有何区别?
4.在阶跃响应曲线中定义其时域指标，两种调节系统有什么异同点?
5.Kc、Ti及Td改变后对系统控制质量的影响?
6.分析积分作用的强弱，对系统有何影响？
答：
1、PD控制器中的微分控制规律，能反应输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性。
在串联校正时，
1的开环零点，使系统的相角裕度提高，因而有助于系统动可使系统增加一个-
态性能的改善。
2、在串联校正时，PI控制器相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点。
位于原点的极点可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能；而增加的负实零点则用来减小系统的阻尼程度，缓和PI控制器极点对系统稳定性及动态过程产生的不利影响。
只要T足够大，PI控制器对系统稳定性的不利影响可大为减弱。
在控制工程
积分时间常数
i
实践中，PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。
3、定值调节系统，在定值调节系统中被调参数的给定值是恒定不变的。
例如在恒温、恒湿的控制系统中，温度的给定值是相对恒定的。
随动调节系统，在随动调节系统中，被调参数的给定值是某一位置变量的函数，而这个变量的变化规律是随机的事前不可知的。
4、P控制和PI控制两者的响应速度基本相同，因为这两种控制的比例系数不同，因此系统稳定的输出值不同。
PI控制的超调量比P控制的要小，PID控制比P控制和PI控制的响应速度快，但是超调量要大些。
5、当，Kp增大时，系统响应速度加快，幅值增高。
当，Kp达到一定值后，系统将会不稳定。
当Td增大时，系统的响应速度加快，响应峰值提高
6、P 、I 、D 参数的预置是相辅相成的，运行现场应根据实际情况进行如下细调：被控物理量在目标值附近振荡，首先加大积分时间I ，如仍有振荡，可适当减小比例增益P 。
被控物理量在发生变化后难以恢复，首先加大比例增益P ，如果恢复仍较缓慢，可适当减小积分时间I ，还可加大微分时间D 。