PID参数自整定方法综述
PID控制参数整定
PID控制参数整定PID控制是一种常用的控制算法，用于调节系统的输出值，使其与期望值尽可能接近。
PID控制参数整定是指根据具体系统的特性，确定PID 控制器中的比例系数P、积分系数I和微分系数D的数值，以实现系统的高性能控制。
\[u(t) = K_p*e(t) + K_i*\int_{0}^{t}e(t)dt +K_d*\frac{d}{dt}e(t)\]其中，u(t)表示输出值，e(t)表示误差，Kp、Ki和Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数。
1. 经验整定法：根据经验公式或实践中的经验值，设置PID控制参数。
例如，经验法则中的经验公式Ziegler-Nichols方法可以通过计算系统的临界增益和临界周期来确定PID控制参数。
2.频率响应法：通过分析系统的频率响应曲线，确定PID控制参数。
常用的频率响应法有相位裕度法、幅值裕度法等。
3.试探法：通过系统的响应实验，不断调整PID控制参数，直到达到所期望的控制效果。
4. 最优控制原理：根据最优控制理论，通过优化函数优化PID控制参数。
例如，线性二次调节器LQR方法可以通过解决Riccati方程得到最优的PID控制参数。
5.自适应控制：根据系统的实时性能和动态特性，自动调整PID控制参数。
自适应控制方法可以根据系统的不确定性和变化实时调整PID控制参数。
在实际应用中，确定PID控制参数需要根据具体的系统特性和控制要求，选择合适的整定方法。
同时，PID控制参数的整定也是一个迭代过程，需要反复实验和校正，以达到期望的控制效果。
总结起来，PID控制参数整定是一个重要的控制工程问题。
合理的PID控制参数选择可以实现系统的高性能控制，提高系统的稳定性和响应速度。
根据具体的系统特性和控制要求，可以选择合适的整定方法，调整PID控制参数，以满足系统的控制要求。
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控制原理与参数的整定方法
PID控制原理与参数的整定方法PID控制器是一种常用的自动控制器，在工业控制中广泛应用。
它的原理很简单，即通过不断调节控制信号来使被控制物体的输出接近给定值。
PID控制器由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个控制参数组成。
下面将详细介绍PID控制的原理和参数整定方法。
一、PID控制原理1.比例（P）控制比例控制根据被控制量的偏差的大小，按照一定比例调节控制量的大小。
当偏差较大时，调节量增大；当偏差较小时，调节量减小。
此项控制可以使系统快速响应，并减小系统稳态误差。
2.积分（I）控制积分控制根据被控制物体的偏差的积分值来调节控制量。
积分控制的作用主要是消除系统的稳态误差。
当偏差较小但持续较长时间时，积分量会逐渐增大，以减小偏差。
3.微分（D）控制微分控制根据被控制物体的偏差的变化率来调节控制量。
当偏差的变化率较大时，微分量会增大，以提前调整控制量。
微分控制可以减小系统的超调和振荡。
综合比例、积分和微分控制，PID控制器可以通过不同的控制参数整定来适应不同的被控制物体的特性。
二、PID控制参数整定方法1.经验整定法经验整定法是根据对被控制系统的调试经验和运行情况来选择控制参数的方法。
它是通过实际试验来调整控制参数，通过观察系统的响应和稳定性来判断参数的合理性。
2. Ziegler-Nichols整定法Ziegler-Nichols整定法是根据系统的临界响应来选择PID控制参数的方法。
在该方法中，首先将I和D参数设置为零，然后不断提高P控制参数直到系统发生临界振荡。
根据振荡周期和振荡增益的比值来确定P、I和D的参数值。
3.设计模型整定法设计模型整定法是根据对被控系统的数学建模来确定PID控制参数的方法。
通过建立被控系统的数学模型，分析其频率响应和稳态特性，从而设计出合理的控制参数。
4.自整定法自整定法是通过主动调节PID控制器的参数，使被控系统的输出能够接近给定值。
该方法可以通过在线自整定或离线自整定来实现。
pid控制参数的模糊整定方法
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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。
PID自整定
PID参数的整定：1、可以在软件中进行自动整定；2、自动整定的PID参数可能对于系统来说不是最好的，就需要手动凭经验来进行整定。
P 参数过小，达到动态平衡的时间就会太长；P参数过大，就容易产生超调。
PID功能块在梯形图（程序）中应当注意的问题：1、最好采用PID向导生成PID功能块；2、我要说一个最简单的也是最容易被人忽视的问题，那就是：PID功能块的使能控制只能采用SM0.0或任何1个存储器的常开触点并联该存储器的常闭触点这样的永不断开的触点！笔者在以前的一个工程调试中就遇到这样的问题：PID功能块有时间动作正常，有时间动作不正常，而且不正常时发现PID功能块都没问题（PID参数正确、使能正确），就是没有输出。
最后查了好久，突然意识到可能是使能的问题——我在使能端串联了启动/停止控制的保持继电器，我把它改为SM0.0以后，一切正常！同时也明白了PID功能块有时间动作正常，有时间动作不正常的原因：有时在灌入程序后保持继电器处于动作的状态才不会出现问题，一旦停止了设备就会出现问题——PID功能块使能一旦断开，工作就不会正常！把这个给大家说说，以免出现同样失误。
下面是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。
PID系列仪表自整定说明
PID系列仪表自整定说明一、使用方法和工作原理：首先将仪表与前级传感器和后级控制设备连接正确，若是控制阀门正反转输出须先做阀门位置自整定。
适当调整输入数字滤波参数DL，使仪表显示跳动范围小于CHYS（PID自整定时的回差）。
将仪表SV值设定为最常用的目标值，按住“移位键”直至仪表SV窗口闪烁显示“At”后松开，仪表开始自动整定PID参数。
由于现场状况的差别，整定过程可能持续数秒钟或数小时。
自整定结束后，SV窗停止显示“At”字符。
如果中途停止自整定，可按住“移位键”直至仪表SV窗口停止显示“At”。
将参数At的值设置为on，也可以启动自整定过程。
做过一次自整定的仪表，如要再次启动自整定，只能修改AT参数为on 。
为避免现场操作人员误启动自整定，可将At参数设为LoFF。
此时禁止从面板启动自整定。
例：仪表进行一般的控制，通过4～20mA的电流信号控制加热对象的温度在200度。
先将给定值（SV值）设定为200，再将“oPAd”参数设定为1(或将“oPAd”参数设定为2在参数设定完成后自动进行自整定)，“t”设置为0,“ot” 参数设定为4，“oL” 参数设定为0，“oH” 参数设定为100。
然后在测量状态下按住“移位健”直至仪表SV窗口交替显示“At”和给定值后松开，当仪表SV窗口不在交替显示“At”和给定值时PID自整定完成。
如果控制效果不佳应检查上述参数是否设置正确或重新进行自整定（参数含义参见说明书）。
二、人工调整PID参数XM系列仪表的自整定功能具备较高的准确度，可满足超过90%用户的使用要求，但由于自动控制对象的复杂性，对于一些特殊应用场合，自整定出的参数可能并不是最佳,以下是人工调节P、I、d参数时的方法:1、人工调节PID参数：如果正确的操作自整定而无法获得满意的控制，可人为修改P、I、d参数。
人工调整时要注意观察系统的响应曲线，如果是短周期振荡（与自整定或位式调节时振荡周期相当或略长），可减小P（优先），加大I及d；如果是长周期振荡（数倍于位式调节时振荡周期）可加大I（优先）,加大P, d；如果无振荡而是静差太大，可减小I（优先）,加大P；如果最后能稳定控制但时间太长，可减小d（优先），加大P，减小I。
PID控制器参数自整定方法综述
０ 引 言
ＰＤ 控 制器 从 问世 至 今 已 历 经 了半 个 多 世 Ｉ 纪， 如今 ＰＤ控制 器 已经在各 个 控制 领域 中得 Ｉ 到 了广泛 的应 用 。ＰＤ 控 制 中一 个 至 关 重 要 的 Ｉ
照工作机理 划 分 ， 以分 为基 于模型 的 自整 定 可
方法 和基 于规 则 的 自整 定 方 法 等 等 。文 章 在 介 绍 ＰＤ 参数 自整 定 概 念 的基 础 上 ， ＰＤ 参 数 Ｉ 对 Ｉ
值与实际输 出值构成一个控制偏差 ｅ ｆ ， （） 将偏差
的 比例 （ 、 分 （ 、 分 （ 通过 线性 组 合 构 Ｐ）积 微 Ｄ）
成控制量 ， 对过程对象进行控制 ， 故称为 ＰＤ控制 Ｉ 器 。 比例 系数 、 分 时 间 和微 分 时 间 的选 取 直 接 积 影响被控制量与设定值的接近程度 ， 以 、 所 、 ３ 参数 的整定 显得 尤为重 要 。 个
Ａｕ ２ ８ ｇ． ００
ＰＤ控 制 器参 数 自整 定 方 法 综 述 Ｉ
张 燕 红
（ 常州工学院电子信息与电气工程 学院， 江苏 常州 ２３ ０ ） １０ ２
摘要 ： 由于 ＰＤ控制器具有 简单 而固定的形式和 良 Ｉ 好的鲁棒性 ， 因而在工业生产 中得到了广泛的应 用。但 由于控制系统的复杂性和非线性等 因素 ， ＰＤ控制器的参数受到 了影响 ， 使 Ｉ 因此如何整定 ＰＤ控 Ｉ 制器的参数成为当前乃至今后的研 究热点。文章概述 了ＰＤ的理论 ， Ｉ 讨论 了一些常用 ＰＤ 整定方法， Ｉ
并 对新 技 术进行 了探 索。
关键词 ：Ｉ Ｐ Ｄ控制器； 鲁棒性 ； 控制 系统 ； 参数 自 整定 中图分 类号 ： Ｐ ７ Ｔ ２３ 文 献标 识码 ： Ｂ 文章编 号 ：６ １— ４ ６ ２ ０ ）４— ０ ９— ５ １７ ０ ３ （ ０ ８ ０ ０ ４ ０
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PID参数自整定方法综述(1) 关键词: PID控制 参数整定 自整定
PID参数自整定方法综述
摘 要: PID控制是迄今为止在过程控制中应用最为广泛的控制方法。文章综述了PID参数自整定方法，并对将来的发展进行了讨论。
关键词：PID控制; 参数整定;自整定 PID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PID，这充分说明PID控制仍具有很强的生命力。
PID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。
本文在介绍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 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Leeds&Northrop的Electromax V、SattControlr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参数自整定分成两大类：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。
参数辨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，可用不同的参数辨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Astrom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Astrom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函数的某些零极点，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PID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开发的。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、测量噪声和干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规则法 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Ziegler 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∶1衰减振荡来代替临界等幅振荡，这也被称为衰减振荡法。
Astrom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，振荡较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Hagglund则提出了基于临界信息利用相幅裕度整定参数[6]，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。