单位负反馈系统的PID控制器设计及参数整定

PID控制原理与参数整定方法PID控制器是一种经典的控制方法，广泛应用于工业自动化控制系统中。

PID控制器根据设定值与实际值之间的差异（偏差），通过比例、积分和微分三个部分的加权组合来调节控制量，从而使控制系统的输出达到设定值。

1.比例控制部分（P）：比例控制是根据偏差的大小来产生一个与偏差成比例的控制量。

控制器的输出与偏差呈线性关系，根据设定值与实际值的差异，输出控制量，使得偏差越大，控制量也越大。

这有利于快速调整控制系统的输出，但也容易产生超调现象。

2.积分控制部分（I）：积分控制是根据偏差随时间的累积来产生一个与偏差累积成比例的控制量。

如果存在常态误差，积分控制器可以通过累积偏差来补偿，以消除常态误差。

但过大的积分时间常数可能导致控制系统响应过慢或不稳定。

3.微分控制部分（D）：微分控制是根据偏差的变化率来产生一个与偏差变化率成比例的控制量。

微分控制器能够对偏差变化快速做出响应，抑制过程中的波动。

但过大的微分时间常数可能导致控制系统产生震荡。

1.经验法：根据工程经验和试错法，比较快速地确定PID参数。

这种方法简单直观，但对于复杂系统来说，往往需要进行多次试验和调整。

2. Ziegler-Nichols整定法：该方法通过调整控制器增益和积分时间来实现直观的系统响应，并通过系统的临界增益和临界周期来确定临界比例增益、临界周期和初始积分时间。

3. Chien-Hrones-Reswick整定法：该方法通过评估控制系统的阻尼比和时间常数来确定比例增益和积分时间。

4.频域法：通过分析系统的频率响应曲线，确定PID参数。

该方法需要对系统进行频率扫描，通过频率响应的特性来计算得到PID参数。

5.优化算法：如遗传算法、粒子群优化等，通过优化算法寻找最佳的PID参数组合，以使得系统具备最优的性能指标。

这种方法适用于复杂系统和非线性系统的参数整定。

总之，PID控制器的原理是根据比例、积分和微分的加权组合来调节控制量，使得系统能够稳定、快速地达到设定值。

一、绪论PID 参数的整定就是合理的选取PID 三个参数。

从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态误差等方面考虑问题，三参数作用如下：比例调节作用：成比例地反映系统的偏差信号，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生与其成比例的调节作用，以减小偏差。

随着P K 增大，系统的响应速度加快，系统的稳态误差减小，调节应精度越高，但是系统容易产生超调，并且加大P K 只能减小稳态误差，却不能消除稳态误差。

比例调节的显著特点是有差调节。

积分调节作用：消除系统的稳态误差，提高系统的误差度。

积分作用的强弱取决于积分时间常数i T ，i T 越小，积分速度越快，积分作用就越强，系统震荡次数较多。

当然i T 也不能过小。

积分调节的特点是误差调节。

微分调节作用：微分作用参数d T 的作用是改善系统的动态性能，在d T 选择合适情况下，可以减小超调，减小调节时间，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度。

因此，可以改善系统的动态性能，得到比较满意的过渡过程。

微分作用特点是不能单独使用，通常与另外两种调节规律相结合组成PD 或PID 控制器。

二、设计内容1. 设计P 控制器控制器为P 控制器时，改变比例系数p K 大小。

P 控制器的传递函数为：()P P K s G =，改变比例系数p K 大小，得到系统的阶跃响应曲线当K=1时，P当K=10时，PK=50时，当P当P K =100时，p K 超调量σ% 峰值时间p T 上升时间r T 稳定时间s T 稳态误差ss e 1 49.8044 0.5582 0.2702 3.7870 0.9615 10 56.5638 0.5809 0.1229 3.6983 0.7143 50 66.4205 0.3317 0.1689 3.6652 0.3333 10070.71480.25060.07443.64100.2002仿真结果表明：随着P K 值的增大，系统响应超调量加大，动作灵敏，系统的响应速度加快。

在常用的控制中，不但对控制的稳定程度有要求，对动态指标也有要求，都要求负载发生变化或调节器给定值调整等引起控制变化后，控制系统能够快速恢复到稳定状态。

本文详实阐述了三个参数之间的关系和相互之间的影响，为现场快速调整提供了依据。

三个参数分别代表比例、积分、微分，PID控制的重点不是怎样编制控制程序，而是在于怎样确定的参数，参数确定的难点是能够正确地理解各参数的物理含义。

控制机制上，比例越大调节速度就越迟钝，反之就灵敏，偏差越大调节作用越强。

积分越小就趋向灵敏，偏差存在的时间越久积分调节作用越大。

微分主要是补偿控制滞后的问题，微分数值越大调节作用越强烈，偏差变化速率越大微分调节作用越强。

实际上，一般的控制是针对温度的，流量整定用比例就行，液位用比例加积分，温度要用以上三者来综合调整。

1、的适用范围传统的控制方法是运用PID调节参数控制，它适用在液位、流量、压力、温度等的现场控制。

在不同形式的控制现场，只是PID设置参数值的不同，只要参数设置得当大多可以达到很好的控制效果(控制效果取决于PID调节器的控制算法和参数，在多数工况下，控制算法的作用更加明显)。

PID参数整定，特别是在现场，需要冷静的观察与PID参数整定口诀结合，多次实践后定会有所提高。

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2、PID参数的意义和作用指标分析①比例定义与作用在实际控制中，输出的大小与误差的大小成正比关系，当误差占整体量程的百分比达到P值时，比例作用的输出为100%，这时的P就定义为比例带参数。

②比例控制在实际工作中，有经验的师傅在手动控制加热炉的炉温时，往往可以获得非常好的控制效果，PID控制与人工控制在方法原理上基本相同。

例如，操作人员用比例控制的思维进行手动控制电加热炉的炉温，操作人员事先知道炉温稳定在给定值时，控制电位器所处的位置角度（我们将它称为位置S），并且会根据当时的温度误差值去调整电位器的旋转角度，从而控制加热电流强度。

DCS控制系统PID参数整定原理及操作一、调节器正/反作用的确定方法调节系统投自动：往往在控制方案确定好且判断出调节器的正/反作用后，最关键的是P、I、D参数如何整定，根据多年的现场工作经验，谈谈如何整定调节系统的P、I、D参数，请大家在工程中参考。

在整定调节系统的P、I、D参数前，要保证一个闭环调节系统必须是负反馈，即Ko*Kv*Kc ＞0。

调节对象Ko：阀门、执行器开大，测量PV增加，则Ko＞0；反之，则Ko＜0；调节阀门Kv：阀门正作用（气开、电开），则Kv＞0；阀门反作用（气关、电关），则Kv＜0；调节器Kc：若Kc＞0，则调节器为反作用；若Kc＜0，则调节器为正作用；软件组态中要设置正确,在装置调试和开车及P、I、D参数整定前，调节器的正/反作用务必检查，且正确无误。

1、在整定调节系统的P、I、D参数前，要保证测量准确、阀门动作灵活；2、在整定调节系统的P、I、D参数时，打好招呼，要求用户工艺操作密切注意生产运行状况，确保安全生产；3、在整定调节系统的P、I、D参数时，先投自动后串级，先投副环后主环，副环粗，主环细。

在操作站CRT上，打开调节器的整定调整画面窗口，改变给定值SP或输出值OP，给出一个工艺允许的阶跃信号，观察测量值PV变化和趋势图，不断修定PID参数，往往反复几次，直至平稳控制。

实际中，一般能达到工艺满意的一阶特性即可。

二、经验PID整定参数预置1、对流量调节（F）：一般P=120～200%，I=50～100S，D=0S；对防喘振系统：一般P=120～200%，I=20～40S，D=15～40S；2、对压力调节（P）：一般P=120～180%，I=50～100S，D=0S；对放空系统：一般P=80～160%，I=20～60S，D=15～40S；3、对液位调节（L）：1]、大容器（直径4米、高2米以上塔罐）：一般P=80～120%，I=200～900S，D=0S；2]、中容器（直径2--4米、高1.5--2米塔罐）：一般P=100～160%，I=80～400S，D=0S；3]、小容器（直径2米、高1.5米以下塔罐）：4、对温度调节（T）：一般P=120～260%，I=50～200S，D=20～60S；上述参数是经验性的东西，不是绝对的。

PID控制器设计与参数整定方法综述一、本文概述本文旨在全面综述PID（比例-积分-微分）控制器的设计与参数整定方法。

PID控制器作为一种广泛应用的工业控制策略，其设计的优劣直接影响到控制系统的性能和稳定性。

因此，深入理解并掌握PID控制器的设计原则与参数整定方法，对于提高控制系统的性能具有非常重要的意义。

本文将首先介绍PID控制器的基本原理和组成结构，包括比例、积分和微分三个基本环节的作用和特点。

在此基础上，详细阐述PID控制器设计的一般步骤和方法，包括确定控制目标、选择控制算法、设定PID参数等。

本文还将重点介绍几种常用的PID参数整定方法，如Ziegler-Nichols法、Cohen-Coon法以及基于优化算法的参数整定方法等，并对这些方法的优缺点进行比较分析。

本文将结合具体的应用实例，展示PID控制器设计与参数整定方法在实际工程中的应用效果，以期为读者提供有益的参考和借鉴。

通过本文的阅读，读者将能够全面了解PID控制器的设计与参数整定方法，掌握其在实际应用中的技巧和注意事项，为提高控制系统的性能和稳定性提供有力的支持。

二、PID控制器的基本原理PID（比例-积分-微分）控制器是一种广泛应用于工业控制系统的基本控制策略。

它的基本工作原理是基于系统的误差信号（即期望输出与实际输出之间的差值）来调整系统的控制变量，以实现对系统的有效控制。

PID控制器的核心在于其通过调整比例、积分和微分三个环节的参数，即比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd，来优化系统的动态性能和稳态精度。

比例环节（P）根据误差信号的大小成比例地调整控制变量，从而直接减少误差。

积分环节（I）则是对误差信号进行积分，以消除系统的静态误差，提高系统的稳态精度。

微分环节（D）则根据误差信号的变化趋势进行预测，提前调整控制变量，以改善系统的动态性能，抑制过冲和振荡。

PID控制器的这三个环节可以单独使用，也可以组合使用，以满足不同系统的控制需求。

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控制原理与PID参数的整定方法PID控制是一种经典的自动控制方法，它通过测量被控对象的输出和参考输入之间的差异，计算出一个控制信号，通过调节被控对象的输入达到控制目标。

PID控制器由比例（P），积分（I）和微分（D）三个部分组成，分别对应于控制信号的比例、积分和微分作用。

比例控制（P）通过使用被控对象输出和参考输入之间的差异进行比例放大，并将放大的信号作为控制信号。

当比例增益增加时，控制器对误差的响应速度加快，但过大的增益会导致震荡。

积分控制（I）通过积分误差的累计值生成控制信号。

积分控制可以消除偏差，并提高系统稳定性。

然而，过大的积分增益可能导致系统的超调和振荡。

微分控制（D）通过测量误差变化的速率来生成控制信号，以预测误差的未来变化趋势。

微分控制可以提高系统的响应速度和稳定性，但过大的微分增益会导致噪声放大。

PID参数整定方法：PID参数整定是为了使控制系统实现快速响应、高稳定性和低超调。

下面介绍几种常用的PID参数整定方法。

1.经验法经验法是最简单直观的方法，通过试错和经验进行参数的调整。

根据系统的特点，调整比例、积分和微分增益，直至系统达到所需的响应速度和稳定性。

2. Ziegler-Nichols 方法Ziegler-Nichols 方法是一种基于系统响应曲线的经验整定方法。

首先，将增益参数设为零，逐渐增加比例增益直到系统开始震荡，这个值称为临界增益（Kc）。

然后，根据临界增益来确定比例、积分和微分增益。

-P控制：Kp=0.5*Kc-PI控制：Kp=0.45*Kc,Ti=Tc/1.2-PID控制：Kp=0.6*Kc,Ti=Tc/2,Td=Tc/83. Chien-Hrones-Reswick 方法Chien-Hrones-Reswick 方法是一种基于频域分析的整定方法。

它首先通过频率响应曲线的曲线变化形态来确定系统的参数。

然后，根据系统的动态响应特性来调整比例、积分和微分增益。

单位负反馈系统的PID控制器设计及参数整定目录一．PID控制概述及研究现状 (1)二．PID控制在液压系统中的应用 (2)三．项目分析与PID参数整定设计 (3)一．PID控制概述及研究现状：这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。

PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有70多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。

PID 控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。

PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。

其输入e (t）与输出u (t）的关系为u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt] 式中积分的上下限分别是0和t因此它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s]其中kp为比例系数； TI为积分时间常数； TD为微分时间常数。

它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp， Ti和Td）即可。

在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。

首先，PID应用范围广。

虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。

其次，PID参数较易整定。

也就是，PID参数Kp，Ti和Td可以根据过程的动态特性及时整定。

如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID 参数就可以重新整定。

第三，PID控制器在实践中也不断的得到改进，下面两个改进的例子。

在工厂，总是能看到许多回路都处于手动状态，原因是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。

由于这些不足，采用PID的工业控制系统总是受产品质量、安全、产量和能源浪费等问题的困扰。

PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。

PID控制与参数整定方法PID控制是一种常用的控制算法，广泛应用于各个领域的自动控制系统中。

PID控制通过反馈调节系统的输出，使得系统的输出与期望值尽可能接近。

PID控制器由比例控制、积分控制和微分控制三部分组成，每个部分都有相应的参数需要进行整定。

在PID控制器中，比例控制部分根据当前误差的大小决定输出的大小，即输出与误差成正比。

比例控制的参数是比例增益，通过调节比例增益可以改变系统的响应速度和稳定性。

当比例增益较大时，系统的响应速度快，但可能会引起超调；当比例增益较小时，系统的响应速度慢，但稳定性好。

积分控制部分根据误差的累积量进行输出修正，用于消除系统的静态误差。

积分控制的参数是积分增益，通过调节积分增益可以改变系统的响应速度和对静态误差的准确性。

当积分增益较大时，系统能较快地消除静态误差，但可能会引起超调；当积分增益较小时，系统较难完全消除静态误差，但稳定性好。

微分控制部分根据误差的变化率进行输出修正，用于抑制系统响应的超调。

微分控制的参数是微分增益，通过调节微分增益可以改变系统的稳定性和抑制超调的效果。

当微分增益较大时，系统的稳定性好，但可能引起振荡；当微分增益较小时，系统的稳定性较差，但抑制超调的效果好。

参数整定是指选择合适的参数值使得PID控制系统能够满足控制要求。

主要有几种常用的整定方法：1.经验法：根据经验和实际应用中的常见规律来选择参数值。

这种方法适用于已有类似系统的参数可以作为参考的情况。

但是，由于每个系统的特性不同，经验法的参数选取往往需要经过多次试验和调整才能得到满意的控制效果。

2. Ziegler-Nichols 方法：该方法主要通过系统的临界时刻和临界增益来选择参数。

首先，通过增大比例增益直到系统开始振荡，并记录振荡的周期。

然后，根据周期计算出比例增益、积分增益和微分增益的初值。

这种方法在实践中比较常用，但是对于非线性和时变系统效果可能有限。

3.调试法：通过实际的调试过程来选择参数。

PID控制器的参数整定首先，我们介绍一下PID控制器的三个参数：1.比例增益（Kp）：反映了控制器的敏感程度，用来调整输出信号与偏差之间的比例关系。

当Kp值较大时，控制器对偏差的响应更灵敏，但可能会引起震荡或不稳定的情况。

因此，一般需要根据被控对象的特性来合理设置Kp值。

2.积分时间（Ti）：反映了积分作用在多长时间内达到预期效果的时间长度。

Ti的取值决定了控制器对于持续误差的补偿能力。

当Ti值较大时，控制器具有更好的稳定性能，但可能会延长系统的响应时间。

根据经验，Ti的合理取值范围为3~10倍的系统响应时间。

3.微分时间（Td）：反映了微分作用在多长时间内达到预期效果的时间长度。

Td的取值决定了控制器对于系统快速变化的响应能力。

当Td值较大时，控制器对系统快速变化的抑制能力更强，但可能会引起系统的超调现象。

根据经验，Td的合理取值范围为Td=0.1~0.8倍的系统时间常数。

那么如何进行PID控制器的参数整定呢？下面是一些经验总结：1.初始参数：首先，我们可以根据被控对象的特性设置一组初始的PID参数。

通常可以先将比例增益（Kp）设置为较小的值，积分时间（Ti）设置为一个相对较大的值，微分时间（Td）设置为0，然后进行试验和调整。

2.步进法：通过修改PID参数的值，可以观察系统的响应情况来判断最佳参数。

可以根据步进法的原理逐步调整参数，例如先固定住积分时间和微分时间，调整比例增益，观察系统响应的性能指标（如超调量、稳态误差和响应时间）的变化，找到一个较好的比例增益值。

然后再通过调整积分时间和微分时间进一步提高控制器的性能。

3. 经验公式：除了通过试验和调整来整定PID参数外，还可以借助一些经验公式来大致确定参数。

例如，Ziegler-Nichols方法是一种经典的方法，它根据被控对象的临界比例增益（Ku）和临界周期（Tu）来计算合适的参数。

通常，比例增益（Kp）可以设置为临界比例增益的一半，积分时间（Ti）可以设置为临界周期的0.5倍，微分时间（Td）可以设置为临界周期的0.125倍。

PID控制原理及参数整定方法PID控制是一种经典的控制策略，广泛应用于各种工业自动化系统。

其通过比较设定值与实际输出值，根据误差及其变化趋势，实时调整控制器的参数，以达到期望的控制效果。

本文将详细介绍PID控制原理及参数整定方法，旨在帮助读者更好地理解和应用PID控制。

PID控制模型是由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个环节组成的。

在工业自动化中，PID控制器作为一种核心组件，用于维持系统输出值与设定值之间的误差为最小。

PID控制器具有结构简单、稳定性好、易于实现等优点，因此被广泛应用于各种工业控制系统中。

PID控制原理基于控制系统的稳态误差，通过比例、积分和微分三个环节的作用，达到减小误差的目的。

比例环节根据误差信号的大小，产生相应的控制输出；积分环节根据误差信号的变化率，进一步调整控制输出；微分环节则根据误差信号的变化趋势，提前进行控制调整，以迅速消除误差。

PID参数整定的目的是选择合适的控制器参数，以满足系统的动态性能和稳态性能要求。

整定过程中，需要合理调整比例系数、积分时间和微分增益等参数。

其中，比例系数主要影响系统的稳态误差；积分时间用于控制积分环节的灵敏度；微分增益则决定了微分环节的作用强度。

针对不同的控制对象和系统要求，需要灵活调整这些参数，以获得最佳的控制效果。

以某化工生产线的液位控制为例，说明PID控制原理及参数整定的应用。

在此案例中，液位控制器通过比较设定值与实际液位值的误差，实时调整进料泵的转速，以维持液位稳定。

选择一个合适的比例系数Kp，使得系统具有较快的响应速度；调整积分时间Ti，以避免系统出现稳态误差；适当微分增益Kd的设定，可以改善系统的动态性能。

通过合理的参数整定，液位控制系统可以取得良好的控制效果。

然而，若比例系数过大，系统可能会出现振荡现象；若积分时间过长，系统可能无法达到预期的稳态性能；若微分增益过强，系统可能会对噪声产生过度反应。

因此，在参数整定过程中，需要根据实际情况进行反复调整，以达到最佳的控制效果。

PID参数调节原理和整定方法PID控制器是一种常用的闭环控制系统，其控制器的输出值由三部分组成：比例项（P）、积分项（I）和微分项（D）。

PID控制器通过不断地调节这三个参数，来实现对被控对象的控制。

PID控制器通过不断比较被控对象的输出值和设定值之间的差异（称为误差），来决定控制器的输出值。

PID控制器的输出值可以表达为：输出值=Kp*（比例项）+Ki*（积分项）+Kd*（微分项）其中，Kp、Ki和Kd分别为PID控制器的参数，需要根据实际系统进行调整。

当被控对象的输出值与设定值相差较大时，比例项可以起到快速调节的作用，使得控制器的输出值快速地接近设定值。

积分项可以消除系统存在的静差，提高系统的稳定性。

微分项可以防止系统过冲或震荡，提高系统的响应速度。

PID控制器的参数整定是一个复杂且经验性的过程，需要根据具体的被控对象、控制要求和系统特性进行调整。

下面介绍几种常用的参数整定方法：1. 经验法：根据经验公式，设置参数的初始值，并对系统进行试控，根据实际效果进行逐步调整。

常用的经验公式有Ziegler-Nichols方法、Chien-Hrones-Reswick方法等。

2.约束实验法：通过对系统施加一定的约束实验，如阶跃响应法、频率响应法等，从实验数据中提取系统的模型参数，并根据提取的模型参数进行参数整定。

3.数值方法：通过数值计算方法，如根据系统的传递函数进行数值求解，得到系统的频率特性响应，再根据一定的准则进行参数整定。

4.自整定方法：根据控制系统的自整定能力，通过在线或离线的自整定算法，自动寻找最优参数。

常见的自整定方法有遗传算法、模糊逻辑控制、神经网络等。

在实际的参数整定过程中，需要根据实际情况选择合适的方法，并进行反复测试和调整，直到达到满意的控制效果。

总结：PID参数调节原理是通过比例、积分和微分三项的组合来控制被控对象。

参数整定方法可以采用经验法、约束实验法、数值方法和自整定方法。

计算机控制系统三级项目单位负反馈系统的PID控制器设计及参数整定目录一．PID控制概述 (1)二．PID控制在液压系统中的应用 (2)三．课题分析与设计 (3)一．PID控制概述这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。

PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有70多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。

PID 控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。

PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。

其输入e (t）与输出u (t）的关系为u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt] 式中积分的上下限分别是0和t因此它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s]其中kp为比例系数； TI为积分时间常数； TD为微分时间常数。

它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp， Ti和Td）即可。

在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。

首先，PID应用范围广。

虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。

其次，PID参数较易整定。

也就是，PID参数Kp，Ti和Td可以根据过程的动态特性及时整定。

如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID 参数就可以重新整定。

第三，PID控制器在实践中也不断的得到改进，下面两个改进的例子。

在工厂，总是能看到许多回路都处于手动状态，原因是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。

由于这些不足，采用PID的工业控制系统总是受产品质量、安全、产量和能源浪费等问题的困扰。

PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。

实验五 系统 PID 控制器设计及其参数整定一、实验目的（1） 掌握 PID 控制规律及控制器实现。

（2） 对给定系统合理地设计 PID 控制器。

（3） 掌握对给定控制系统进行 PID 控制器参数在线实验工程整定的方法。

二、实验原理在串联校正中，比例控制可提高系统开环增益，减小系统稳态误差，提高系统的控制 精度，但会降低系统的相对稳定性，甚至可能造成系统闭环系统不稳定；积分控制可以提 高系统的型别（无差度），有利于提高系统稳态性能，但积分控制增加了一个位于原点的 开环极点。

使信号产生 90°的相位滞后，于系统的稳定不利，故不宜采用单一的积分控制 器；微分控制规律能反映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，但微分控制增加了一个-1/τ 的开环零点，使系统的相 角裕度提高，因此有助于系统稳态性能的改善。

在串联校正中，PI 控制器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。

位于原点的开环极点可以提高系统的型别（无差度），减小稳态误 差，有利于提高系统稳态性能；负的开环零点可以减小系统的阻尼，缓和 PI 极点对系统产 生的不利影响。

只要积分时间常数 T i 足够大，PI 控制器对系统的不利影响可大为减小。

PI 控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。

在串联校正中，PID 控制器增加了一个位于原点的开环极点，和两个位于 s 左半平面 的开环零点。

除了具有 PI 控制器的优点外，还多了一个负实零点，动态性能比 PI 更具有 优越性。

通常应使积分发生在低频段，以提高系统的稳态性能，而使微分发生在中频段， 以改善系统的动态性能。

PID 控制器传递函数为 G e （s ）=K p （1+1/T i s +T d s ），注意工程 PID 控制器仪表中比 例参数整定常用比例度 δ%，δ% =1/K p *100%.三、实验内容（1）Ziegler-Nichols ——反应曲线法反应曲线法适用于对象传递函数可以近似为 e -Ls的场合。

PID 控制器参数整定设计方案2 总体方案设计对系统进行PID 控制的设定，当系统的被控对象很复杂时，难以用解析法建立数学模型，可用Z ——N 法去调整PID 控制器的参数，非常实用，有效和方便。

Z ——N 法有两种实施的办法，共同的目标是使被控系统的阶跃响应具有25%的超调量。

于是就有了下面两种方案。

2.1 方案设计方案一：这种方案是先假设Ti 为无穷大，Td=0，即只有比例控制Kp 。

具体的做法是：将比例系数Kp 值由零逐渐增大到系统的输出首次呈现持续的等幅振荡，此时对应的Kp 值为临界增益，用Kc 表示，并记下振荡的周期Tc ，对于这种情况，齐格勒和尼可尔斯提出公式，以确定相应PID 控制器的参数Kp 、Ti 、和Td 的值。

其传递函数也是一个极点在坐标原点，两个零点均位于-4Tc处。

图 2.1 方案一方框图 PID 调节器：Kp=0.6Kc,Ti=0.5Tc,Td=0.125Tc 表2.1 Z-N 第二法的参数表表2.2 Z-N第一法的参数表2.2方案论证方法一临界比例法简单并且是闭环，使用起来比第二种方案范围要大点。

第二种响应曲线法有一个缺点就是必须要S型的响应曲线，并且第二种方案是开环的，容易受到干扰，使得PID控制不准确。

2.3方案选择通过分析题目和课程设计要求，我认为选择第一种方案更为简单和准确，因为第二种方案的要求（S型曲线）题目可能不能达到。

还需要花时间证明是否是S型曲线。

所以比起方案一要复杂的多，耗费的时间也更多，所以我选用方案一来完成本次课程设计。

3 单元模块设计3.1对系统性能指标进行分析由设计要求可以得知，系统是在受到阶跃信号后产生相应的，由Matlab的simulink进行了仿真图的搭建，如图3.1所示：图3.1 校正前连线图在matlab操作环境中键入以下程序，会得到系统的阶跃响应的曲线图和伯德图，图3.2为matlab绘制的其闭环传递函数的单位阶跃响应曲线，图3.3为matlab绘制的其闭环传递函数的伯德图。

PID控制原理与参数整定方法一、概述PID是比例-积分-微分控制的简称，也是一种控制算法，其特点是结构改变灵活、技术成熟、适应性强。

对一个控制系统而言，由于控制对象的精确数学模型难以建立，系统的参数经常发生变化，运用控制理论综合分析要耗费很大的代价，却不能得到预期的效果，所以人们往往采用PID调节器，根据经验在线整定参数，以便得到满意的控制效果。

随着计算机特别是微机技术的发展，PID控制算法已能用微机简单实现，由于软件系统的灵活性，PID算法可以得到修正而更加完善。

我们阳江基地有数以千计的采用PID控制的调节器，用于温度控制、压力控制、流量控制，在塑杯及灌装生产过程中，发挥着重要的作用。

因此，学习PID 控制的基本原理，合理的设计PID控制系统，用好、维护好这些调节器，对提高产品质量，降低废品率，节约能源具有十分重要的意义。

本课程从系统的角度，采用多种分析方法，详细讲解经典PID控制的基本原理和PID参数的整定方法，简介现代数字PID控制思想，希望对大家使用PID调节器有所帮助。

二、调节系统的品质和特性一个调节系统的品质可以用静态品质和动态品质来衡量。

所谓静态品质就是系统稳定后，被控参数与给定值间的差值的大小。

偏差愈大则静差愈大，静差愈小静态品质愈好。

当系统受到扰动后或整定在一个新值时需要在较短时间内过渡到稳定，不发生振荡和发散，这便是衡量系统动态特性的指标。

一个好的调节系统应该二个品质都好。

但动静态品质往往是相互矛盾的，要静差小，系统的放大倍数就要大，系统放大倍数愈大则系统愈不稳定，即动态品质不好。

图1-1收敛型1 图1-2收敛型2 图1-3发散型落图1-4振荡型图1-1至1-4是几种典型的控制曲线，只有图1-1表示动静态品质都好。

一般的调节系统都具有惯性和滞后两种特性，只是大小不同而已。

这两个特性应从控制对象，控制作用这两个方面去理解。

弄懂以上关于调节系统的几个基本概念，对于理解PID控制的原理有很大的帮助。