PID控制参数对系统性能影响的分析报告

《自动控制原理》自动控制PID实验报告课程名称自动控制原理实验类型：实验项目名称：自动控制PID一、实验目的和要求1、学习并掌握利用MATLAB 编程平台进行控制系统复数域和频率域仿真的方法。

2、通过仿真实验研究并总结PID 控制规律及参数对系统特性影响的规律。

3、实验研究并总结PID 控制规律及参数对系统根轨迹、频率特性影响的规律，并总结系统特定性能指标下根据根轨迹图、频率响应图选择PID 控制规律和参数的规则。

二、实验内容和原理一）任务设计如图所示系统，进行实验及仿真程序，研究在控制器分别采用比例（P）、比例积分（PI）、比例微分（PD）及比例积分微分（PID）控制规律和控制器参数（Kp、Ki、Kd）不同取值时，控制系统根轨迹和阶跃响应的变化，总结pid 控制规律及参数变化对系统性能、系统根轨迹、系统阶跃响应影响的规律。

具体实验容如下：1、比例（P）控制，设计参数Kp 使得系统处于过阻尼、临界阻尼、欠阻尼三种状态，并在根轨迹图上选择三种阻尼情况的Kp 值，同时绘制对应的阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 的变化情况。

总结比例（P）控制的规律。

2、比例积分（PI）控制，设计参数Kp、Ki 使得由控制器引入的开环零点分别处于：1）被控对象两个极点的左侧；2）被控对象两个极点之间；3）被控对象两个极点的右侧（不进入右半平面）。

分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定主导极点及控制器的相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 和Ki 的变化情况。

总结比例积分（PI）控制的规律。

3、比例微分（PD）控制，设计参数Kp、Kd 使得由控制器引入的开环零点分别处于：1）被控对象两个极点的左侧；2）被控对象两个极点之间；66 3）被控对象两个极点的右侧（不进入右半平面）。

分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定控制器的相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 和Kd 的变化情况。

PID各参数对系统的影响分类分析PID（比例-积分-微分）控制器是一种常用的反馈控制器，广泛应用于工业控制中。

它通过调整比例（P）、积分（I）、微分（D）三个参数来实现对控制系统的影响。

下面将从数学模型、实际应用和参数调整三个方面介绍PID各参数对系统的影响分类分析。

一、数学模型PID控制器根据当前误差e（假设为系统输出值和设定值之差）计算控制量u，并通过调整PID参数来改变控制器的动态特性。

PID控制器的数学模型可以表示为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t)是控制量，Kp、Ki和Kd分别是比例、积分和微分参数，e(t)是当前误差，de(t)/dt是误差的变化率。

根据这个模型，可以分析各参数对系统的影响。

1.比例参数：Kp比例参数Kp决定了控制器对误差的放大程度，即控制响应的速度。

较大的Kp使得控制器对误差的放大程度增加，系统的响应速度加快，但可能引发系统震荡和不稳定性；较小的Kp则导致系统响应速度较慢，但更稳定。

2.积分参数：Ki积分参数Ki调整了控制器对误差积分的程度，即控制响应的持续时间。

较大的Ki使得积分效果增强，误差的积累更多，系统能够更精确地追踪设定值，但也容易导致系统超调和震荡；较小的Ki则减少了积分效果，使得系统响应更平滑。

3.微分参数：Kd微分参数Kd调整了控制器对误差变化率的响应程度，即控制响应的抑制效果。

较大的Kd可以使控制器对快速变化的误差更敏感，提高系统的稳定性，但也容易引起过度抑制、响应迟滞和系统震荡；较小的Kd则减少了对误差变化率的响应，使得系统响应更平滑。

二、实际应用PID控制器广泛应用于各种工业控制系统，如温度控制、水位控制、速度控制等。

1.温度控制在温度控制中，比例参数Kp决定了加热或冷却速率，积分参数Ki影响了温度的稳定性，微分参数Kd可以抑制温度的快速变化。

2.水位控制在水位控制中，比例参数Kp控制了供水或排水的速度，积分参数Ki 确保水位的稳定性，微分参数Kd可以调整水位变化的抑制效果。

T13. PID自动控制系统参数整定（化工仪表与自动化，指导教师：卢红梅）实验一：一阶单容上水箱对象特性测试实验实验二：上水箱液位PID整定实验一、实验目的1）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。

2）、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。

3）、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

4）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。

5）、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。

6）、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

二、实验设备THKJ100-1型过程控制实验装置配置：上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。

型参数为串联釜数N三、实验原理实验一原理：阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过控制器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号）。

同时，记录对象的输出数据或阶跃响应曲线，然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。

实验二原理：图13.1单回路上水箱液位控制系统图13.1为单回路上水箱液位控制系统，单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。

本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。

根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用工业智能仪表控制。

当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。

合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。

反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。

因此，当一个单回路系统组成好以后，如何整定好控制器参数是一个很重要的实际问题。

一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。

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 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、比例系数K p对系统性能的影响（1）对系统的动态性能影响：K p加大，将使系统响应速度加快，K p偏大时，系统振荡次数增多，调节时间加长；；K p太小又会使系统的响应速度缓慢。

K p的选择以输出响应产生4:1衰减过程为宜。

（2）对系统的稳态性能影响：在系统稳定的前提下，加大K p可以减少稳态误差，但不能消除稳态误差。

因此K p的整定主要依据系统的动态性能。

2、积分时间T I对系统性能的影响积分控制通常和比例控制或比例微分控制联合作用，构成PI控制或PID控制。

（1）对系统的动态性能影响：积分控制通常影响系统的稳定性。

T I太小，系统可能不稳定，且振荡次数较多；T I太大，对系统的影响将削弱；当T I较适合时，系统的过渡过程特性比较理想。

（2）对系统的稳态性能影响：积分控制有助于消除系统稳态误差，提高系统的控制精度，但若T I太大，积分作用太弱，则不能减少余差。

3、微分时间T D对系统性能的影响积分控制通常和比例控制或比例积分控制联合作用，构成PD控制或PID控制。

（1）对系统的动态性能影响：微分时间T D的增加即微分作用的增加可以改善系统的动态特性，如减少超调量，缩短调节时间等。

适当加大比例控制，可以减少稳态误差，提高控制精度。

但T D值偏大或偏小都会适得其反。

另外微分作用有可能放大系统的噪声，降低系统的抗干扰能力。

（2）对系统的稳态性能影响：微分环节的加入，可以在误差出现或变化瞬间，按偏差变化的趋向进行控制。

它引进一个早期的修正作用，有助于增加系统的稳定性。

PID控制器的参数必须根据工程问题的具体要求来考虑。

在工业过程控制中，通常要保证闭环系统稳定，对给定量的变化能迅速跟踪，超调量小。

在不同干扰下输出应能保持在给定值附近，控制量尽可能地小，在系统和环境参数发生变化时控制应保持稳定。

一般来说，要同时满足这些要求是很难做到的，必须根据系统的具体情况，满足主要的性能指标，同时兼顾其它方面的要求。

PID控制器参数对控制性能的影响PID控制器是一种经典的反馈控制器，由比例（Proportional）、积分（Integral）和微分（Derivative）三个控制部分组成。

PID控制器通过调节这三个参数的大小，可以实现对系统的稳定性、快速性和抗干扰能力等性能的调节。

首先，比例参数KP的调整会影响系统的响应特性。

KP的增大可以加快系统的响应速度，使系统更快地达到目标值，但过大的KP可能会引起系统不稳定。

此外，KP的增大会增大系统的超调量，导致系统存在更大的摆动现象。

因此，在调节KP时需要权衡系统的响应速度和稳定性。

其次，积分参数KI的调整影响系统的静态稳定性和抗干扰能力。

KI的增大增强了系统对静态误差的纠正能力，可以消除型号误差和常态干扰。

但是过大的KI会导致系统的积分饱和现象，使系统产生超调和振荡。

因此，需要适当调节KI的大小，以提高系统的稳定性和抗干扰能力，在满足系统静态误差要求的前提下，尽量减小KI的大小。

最后，微分参数KD的调整会影响系统的抗干扰能力和稳定性。

KD的增大可以提高系统对快速变化干扰的响应能力，减小系统的超调量和震荡现象。

但过大的KD可能会引起系统对噪声的敏感性，导致系统抗干扰能力下降。

因此，在调节KD时需要兼顾系统的抗干扰能力和稳定性。

综上所述，KP参数的调整可以改变系统的响应速度和超调量，KI参数的调整可以提高系统的静态稳定性和抗干扰能力，KD参数的调整可以提高系统的抗干扰能力和稳定性。

在实际应用中，需要根据具体的系统要求和控制目标，通过试验和调整来优化PID参数的设置。

此外，还可以通过其他方法对PID控制器的参数进行调整，如Ziegler-Nichols方法和频域方法等。

Ziegler-Nichols方法通过试探性地改变控制器参数来识别系统的动态特性，并通过一些经验公式来确定PID参数。

频域方法则通过对系统频率响应进行分析，设计合适的环形校正器来调整PID参数。

总之，PID控制器参数的调整对控制性能有重要影响，适当地调整这三个参数可以改善系统的稳定性、快速性和抗干扰能力。

PID控制器参数对系统性能的影响分析1、比例系数K p对系统性能的影响（1)对系统的动态性能影响：K p加大,将使系统响应速度加快，K p偏大时，系统振荡次数增多，调节时间加长；；K p太小又会使系统的响应速度缓慢。

K p的选择以输出响应产生4:1衰减过程为宜。

（2）对系统的稳态性能影响：在系统稳定的前提下，加大K p可以减少稳态误差，但不能消除稳态误差.因此K p的整定主要依据系统的动态性能.2、积分时间T I对系统性能的影响积分控制通常和比例控制或比例微分控制联合作用,构成PI控制或PID控制.(1）对系统的动态性能影响：积分控制通常影响系统的稳定性。

T I太小，系统可能不稳定，且振荡次数较多；T I太大,对系统的影响将削弱;当T I较适合时，系统的过渡过程特性比较理想。

（2）对系统的稳态性能影响：积分控制有助于消除系统稳态误差，提高系统的控制精度,但若T I太大，积分作用太弱，则不能减少余差。

3、微分时间T D对系统性能的影响积分控制通常和比例控制或比例积分控制联合作用，构成PD控制或PID控制。

（1）对系统的动态性能影响:微分时间T D的增加即微分作用的增加可以改善系统的动态特性，如减少超调量，缩短调节时间等。

适当加大比例控制，可以减少稳态误差，提高控制精度。

但T D值偏大或偏小都会适得其反。

另外微分作用有可能放大系统的噪声，降低系统的抗干扰能力。

（2)对系统的稳态性能影响：微分环节的加入，可以在误差出现或变化瞬间，按偏差变化的趋向进行控制.它引进一个早期的修正作用,有助于增加系统的稳定性.PID控制器的参数必须根据工程问题的具体要求来考虑。

在工业过程控制中，通常要保证闭环系统稳定,对给定量的变化能迅速跟踪,超调量小。

在不同干扰下输出应能保持在给定值附近，控制量尽可能地小，在系统和环境参数发生变化时控制应保持稳定。

一般来说，要同时满足这些要求是很难做到的,必须根据系统的具体情况，满足主要的性能指标,同时兼顾其它方面的要求。

PID参数对控制质量的影响当控制方案确定以后，必须根据对象特性和对控制质量的要求，选择控制器的控制作用，从而确定出控制器的类型，最终使得控制系统的控制质量满足工艺要求。

为此必须了解控制作用对控制质量的影响。

简单说来，PID控制器各校正环节的作用如下:1.比例作用(P)比例控制作用是最基本的控制规律。

它能较快的克服扰动影响，使系统稳定下来，但有余差.它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合。

比例控制参数对系统性能的影响如下：●对动态性能的影响:比例控制参数K c加大，使系统的动作灵敏，速度加快；K c偏大，振荡次数加多，调节时间加长；当K c太大时，系统就会趋于不稳定；若K c太小，又会使系统的动作缓慢。

●对稳态性能的影响：加大比例控制系数K c，在系统稳定的情况下，可以减小稳态误差E s s，提高控制精度；但是加大K c 只是减少E s s，却不能完全消除稳态误差。

2.积分作用(I)积分控制通常与比例控制或微分控制联合作用，构成PI控制或PID控制。

其中PI控制规律是应用最为广泛的一种控制规律。

积分能消除余差，适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合，如某些流量、液位要求无余差的控制系统。

积分控制规律对系统性能的影响如下：●对动态性能的影响：积分控制参数T i通常使系统的稳定性能下降。

T i太小系统将不稳定；T i偏小，振荡次数较多；T i 太大，对系统性能的影响减少；T i合适时，过渡特性比较理想。

●对稳态性能的影响：积分控制参数能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度。

3．微分作用(D)微分控制可以改善动态特性，如超调量减少，调节时间缩短，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度。

但是，如果微分时间常数T d太大，这时即使偏差变化速度不是很大，但因微分作用太强而使控制器的输出发生很大变化，严重影响控制质量和安全生产。

实验三PID的参数整定及参数变化对系统的影响综合实验一、实验目的：1、掌握PID各校正环节的作用2、确定给定的系统PID的初始参数3、通过实验了解PID参数的变化对系统的影响二、实验原理（一）PID调节器的输入输出关系：⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⎰dt deTdtt eTt eKtMdtiC0)(1)()(式中：)(tM为调节器的输出；)(t e为误差输入；CK为比例增益；iT为积分时间；dT为微分时间（二）PID各校正环节的作用在模拟系统中，调节器最常用的调节规律是PID调节。

常规PID调节系统一般由PID调节器和被控对象组成，其原理图如下：PID调节是线性控制，将偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）通过线性组合构成调节量，对被控对象进行控制。

PID调节器各校正环节的作用如下：1、比例环节：及时成比例地反映调节系统的偏差信号，偏差一产生，调节器立即产生调节作用，以减少偏差。

2、积分环节：主要是为了消除系统的余差，提高系统的无差度。

积分作用的强弱取决于积分时间常数，越大，积分作用越弱，反之则越强。

3、微分环节：能反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得太大之前，引入一个有图1 常规PID调节系统原理效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。

（三）PID参数的变化对系统的影响一般情况下，PID调节器本着稳、准、快的控制原则须对三个参数进行初始设定，同时考虑对象特性的多样性，控制指标的不同进行整定、优化才能取得满意效果。

在PID调节参数中，比例系数KP增大，会使调节阀的动作灵敏，运行速度加快。

缺点是存在静差。

在系统稳定的情况下，增大KP值，有利于减小稳态误差，提高控制精度。

但随着KP 增大，系统响应过程中的振荡次数会增多，调节时间加长。

当KP值太大时，系统将趋于不稳定；若太小，会减低系统的响应速度。

引入积分的目的是为了消除静差，提高精度。

但积分时间TI太小，在过程的启动、结束或大幅度增减设定值时，短时间内系统输出有很大的偏差，会造成PID运算的积分积累，致使控制量超出极限控制量，最终引起系统较大的超调，甚至造成系统振荡。

PID控制参数调节对系统性能的影响摘要：PID控制器是一种广泛应用于自动控制系统中的调节器，通过调节控制器中的三个参数（比例增益、积分时间和微分时间）来实现系统的稳定性和快速响应。

本文将探讨这些参数对系统性能的影响，并提出一种基于技术方法和实验方法相结合的参数调整策略。

实验表明，适当调整PID控制参数可以明显改善系统的响应速度和稳定性。

关键词：PID控制；参数调节；系统性能；比例增益；积分时间；微分时间一、引言PID控制器是一种广泛应用于工业生产和自动控制领域的控制器，它通过对比测量值和设定值之间的误差进行反馈调节，使得系统能够快速稳定地达到设定值。

PID控制器的核心是三个参数：比例增益Kp、积分时间Ti和微分时间Td，它们分别决定了控制器对误差的比例、积分和微分修正程度。

调节PID控制器的参数是提高系统性能的关键，不同的参数组合会对系统的稳定性、响应速度和鲁棒性产生不同的影响。

因此，研究PID控制参数调节对系统性能的影响对于实现自动控制系统的优化具有重要的意义。

二、参数调节方法常用的PID参数调节方法包括试判断、经验公式、整定法和优化算法等。

试判断是一种基于经验的方法，通过试错的方式逐步调整参数，直到系统响应符合需求。

经验公式是一种常用的参数调节公式，根据系统性能要求和工作环境进行简单适配。

整定法是一种基于数学模型的方法，通过对系统动态特性进行分析和实验测量，获得合理的参数取值范围。

优化算法是一种基于优化理论的方法，通过数学处理和算法求解，寻找最优的参数组合。

对于复杂的系统和高精度要求，可以借助计算机软件模拟和实验平台进行参数调节和性能测试，以实现系统的最优化。

1.比例增益Kp：比例增益决定了控制器对误差的修正速度，过大的比例增益会导致系统震荡和不稳定，过小的比例增益会导致系统响应迟钝。

2.积分时间Ti：积分时间决定了控制器对误差的积累和累积修正程度，过小的积分时间会导致系统超调和振荡，过大的积分时间会导致系统响应迟缓。

PID控制参数对系统性能影响的分析首先，比例参数（Kp）是PID控制器的最基本的参数，它决定了响应的速度和灵敏度。

较大的比例参数会使得控制器对误差的响应更迅速，但过大的比例参数会导致系统不稳定。

因此，在选择比例参数时需要根据实际应用的需求进行合理的设置。

其次，积分参数（Ki）可以对系统的稳态误差进行校正。

当系统存在稳态误差时，可以通过增大积分参数来减小稳态误差。

然而，过大的积分参数可能会导致系统的超调和振荡。

因此，需要根据实际应用的要求选择适当的积分参数。

再次，微分参数（Kd）可以抑制系统的过冲和振荡，提高系统的稳定性。

较大的微分参数可以提高系统的抗干扰能力，但也会增加系统的噪声。

在选择微分参数时，需要考虑系统的噪声和干扰情况。

此外，PID控制器的参数还会受到系统的惯性和时间常数的影响。

在系统惯性较大或时间常数较长的情况下，通常需要增大比例参数或增加微分时间常数（Td）来提高系统的响应速度。

反之，在系统惯性较小或时间常数较短的情况下，通常需要减小比例参数或减小微分时间常数来避免超调和振荡。

此外，PID控制参数的选择还受到系统动态响应和负载变化的影响。

在系统动态响应要求较高的情况下，需要适当增大比例参数和积分参数，以提高系统的响应速度和稳态精度。

对于存在负载变化的系统，可以通过自适应控制算法来不断调整PID控制参数以适应不同的负载。

总结起来，PID控制器的性能受到比例、积分和微分参数的影响。

比例参数影响响应速度和灵敏度，积分参数影响稳态误差的校正能力，微分参数影响系统的稳定性和抗干扰能力。

在选择PID参数时，需要根据实际应用的需求、系统的惯性和时间常数、系统动态响应和负载变化等因素进行综合考虑，以使得系统在稳定性、精度和抗干扰性能上达到较好的效果。

pid总结报告篇一：PID 总结1.PID常用口诀：参数整定找最正确，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，调节质量不会低积分时间如上所述.比例增益P 越大，调节灵敏度越高，但由于传动系统和控制电路都有惯性，调节结果到达最正确值时不能立即结束，导致“超调”，然后反过来调整，再次超调，形成振荡。

为此引入积分环节I ，其效果是，使经过比例增益P 放大后的差值信号在积分时间内逐渐增大( 或减小) ，从而减缓其变化速度，防止振荡。

但积分时间I 太长，又会当反应信号急剧变化时，被控物理量难以迅速恢复。

因此，I 的取值与拖动系统的时间常数有关：拖动系统的时间常数较小时，积分时间应短些；拖动系统的时间常数较大时，积分时间应长些。

微分时间微分时间D 是根据差值信号变化的速率，提前给出一个相应的调节动作，从而缩短了调节时间，克服因积分时间过长而使恢复滞后的缺陷。

D 的取值也与拖动系统的时间常数有关：拖动系统的时间常数较小时，微分时间应短些；反之，拖动系统的时间常数较大时，微分时间应长些。

调整原则PID 参数的预置是相辅相成的，运行现场应根据实际情况开展如下细调：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。

PIDPID参数的设定：是靠经验及工艺的熟悉，参考测量值跟踪与设定值曲线，从而调整PID的大小比例I/微分D=2，具体值可根据仪表定，再调整比例带P，P过头，到达稳定的时间长，P太短，会震荡，永远也打不到设定要求。

PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照：温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s压力P: P=30~70%,T=24~180s,液位L: P=20~80%,T=60~300s,流量L: P=40~100%,T=6~60s。

PID控制器参数对系统性能的影响分析1.比例系数Kp：比例控制是PID中最基本的部分，其主要作用是根据系统误差的大小产生控制信号。

比例系数Kp的增大可以加强校正信号的作用，提高系统的响应速度，但过大的Kp可能导致系统不稳定。

因此，适当调整比例系数Kp可以实现系统稳定性和响应速度的平衡。

2.积分时间Ti：积分控制可以通过积分系统误差来消除静态误差，提高系统的稳态精度。

积分时间Ti的增大，可以增强积分作用，减小系统的稳态误差。

然而，过大的积分时间可能导致系统过度调整，引起系统振荡或不稳定。

因此，需要根据实际情况选取合适的积分时间Ti。

3.微分时间Td：微分控制可以改善系统的动态性能，抑制系统响应过程中的过冲和振荡现象。

微分时间Td的增大可以增强微分作用，提高系统的稳定性和响应速度。

然而，过大的微分时间可能引起系统噪声的放大，导致不稳定性。

因此，需要谨慎选择微分时间Td。

综上所述，PID控制器的参数设置对系统性能的影响可以总结为以下几点：1.稳定性：合理设置PID参数可以使系统保持稳定性，过大或过小的参数可能导致系统震荡或不稳定。

2.响应速度：适当调整比例系数Kp和微分时间Td可以提高系统的响应速度，但过大的Kp和Td可能引起系统振荡。

3.稳态精度：合适的积分时间Ti可以减小系统的稳态误差，提高稳态精度。

4.抗干扰性：增大比例系数Kp可以增强系统对干扰的抑制能力，提高系统的鲁棒性。

总之，PID控制器的参数设置需要根据具体的控制对象和系统要求来决定。

通过实验和调试，可以找到合适的PID参数组合，从而使系统达到较好的性能。

实验二 数字PID 控制器的设计——直流闭环调速实验预习报告一、实验目的：1. 理解晶闸管直流单闭环调速系统的数学模型和工作原理；2. 掌握PID 控制器参数对控制系统性能的影响；3. 能够运用MATLAB/Simulink 软件对控制系统进行正确建模并对模块进行正确的参数设置；4. 掌握计算机控制仿真结果的分析方法。

二、实验工具：MATLAB 软件（6.1以上版本）。

三、实验内容：已知晶闸管直流单闭环调速系统的转速控制器为PID 控制器，如图1所示。

试运用MATLAB 软件对调速系统的P 、I 、D 控制作用进行分析。

图1 单闭环调速系统 四、实验步骤：（一）模拟PID 控制作用分析：运用MATLAB 软件对调速系统的P 、I 、D 控制作用进行分析。

（1）比例控制作用分析为分析纯比例控制的作用，考察当0d i p T T K 15==∞=∼，， 时对系统阶跃响应的影响。

MATLAB 程序如下：G1=tf(1,[0.017 1]);G2=tf(1,[0.075 0]);G12=feedback(G1*G2,1); G3=tf(44,[0.00167 1]); G4=tf(1,0.1925); G=G12*G3*G4; Kp=[1:1:5];for i=1:length(Kp)Gc=feedback(Kp(i)*G,0.01178); step(Gc),hold on endaxis([0 0.2 0 130]); gtext(['1Kp=1']), gtext(['2Kp=2']), gtext(['3Kp=3']), gtext(['4Kp=4']), gtext(['5Kp=5']),参考图如下：图2 P 控制阶跃响应曲线（2）积分控制作用分析保持不变，考察时对系统阶跃响应的影响。

MATLAB 程序如下：1p K =0.030.07i T =∼G1=tf(1,[0.017 1]); G2=tf(1,[0.075 0]);G12=feedback(G1*G2,1); G3=tf(44,[0.00167 1]); G4=tf(1,0.1925); G=G12*G3*G4; Kp=1;Ti=[0.03:0.01:0.07]; for i=1:length(Ti)Gc=tf(Kp*[Ti(i) 1],[Ti(i) 0]); Gcc=feedback(G*Gc,0.01178) step(Gcc),hold onendgtext(['1Ti=0.03']), gtext(['2Ti=0.04']), gtext(['3Ti=0.05']), gtext(['4Ti=0.06']), gtext(['5Ti=0.07']),（3）微分控制作用分析为分析微分控制的作用，保持0.010.01p i K T ==， 不变，考察当1284d T =∼时对系统阶跃响应的影响。

PID控制器参数对系统性能的影响分析PID控制器是一种用于控制系统的经典控制算法。

它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成，可以根据系统的需要进行参数调节，从而实现对控制系统性能的优化。

下面将对PID控制器的参数对系统性能的影响进行分析。

首先，比例增益Kp是PID控制器中最基本的参数。

它决定了控制器输出的响应速度和稳定性。

增大Kp会增加控制器对误差的敏感度，使得系统更快地响应控制信号，但也容易造成超调、震荡甚至不稳定。

相反，减小Kp会降低控制器对误差的敏感度，使得系统更稳定，但响应速度会变慢。

因此，合理选择比例增益Kp很重要。

其次，积分时间Ti是PID控制器中影响系统稳态性能的参数。

增大Ti可以增强积分作用，使得系统更快地消除稳态误差，但也容易引起系统的超调和震荡。

相反，减小Ti会减少积分作用，使得系统响应更加稳定，但稳态误差可能无法完全消除。

因此，合理选择积分时间Ti可以在快速消除稳态误差和保持系统稳定性之间做出权衡。

再次，微分时间Td是PID控制器中用于抗干扰和提高系统动态性能的参数。

增大Td可以增强微分作用，使得系统对干扰的响应更快，但过大的Td可能会引起系统的噪声放大和不稳定。

相反，减小Td会减弱微分作用，使得系统对干扰的响应变慢，但也可能导致系统对干扰的抑制不到位。

因此，合理选择微分时间Td可以在抗干扰和系统稳定性之间找到平衡点。

最后，PID控制器的参数调节也可以通过在线自整定算法（如Ziegler-Nichols法）或者其他自适应控制算法来实现。

这些算法可以自动调节PID控制器的参数，以达到系统最优性能。

但需要注意的是，自整定过程中会产生一些振荡和超调现象，可能会对系统产生一定的影响。

综上所述，PID控制器的参数对系统性能有着重要影响，包括响应速度、稳定性、稳态误差、抗干扰能力等方面。

正确选择和调节PID控制器的参数是提高系统性能的关键。

在实际应用中，需要通过实验或者经验来确定PID参数的合适取值，以满足具体系统的要求。

AP1004405---邓文星实验三 PID 控制器参数对系统性能的影响在SIMULINK 动态仿真环境中，分别利用Continuous 和Math Operations 器件库中的元件，建立下图闭环PID 模拟控制仿真系统，分别验证PID 算式中⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=⎰dt t de T dt t e T t e K t u DtI P )()(1)()(0（一）比例系数 K P 对系统性能的影响； （二）积分时间常数 T I 对系统性能的影响； （三）微分时间常数 T D 对系统性能的影响。

闭环PID 模拟控制仿真系统仿真原理图（一）比例系数 K P 对系统性能的影响1.对动态特性的影响Kp=10；输入波形：输出波形：静态误差波形：Kp=100；偏大输入波形：输出波形静态误差波形：Kp=500；太大输入波形：输出波形：静态误差波形：✓比例系数加K P大，使系统的动作灵敏，速度加快。

✓K P偏大，则振荡次数增加，调节时间加长。

✓K P太大，系统会趋于不稳定。

✓K P太小，又会使系统动作缓慢。

2.对稳态误差的影响Kp=5；稳态误差图形Kp=100稳态误差波形✓加大比例系数K P，在系统稳定的情况下，可以减少稳态误差e ss，提高控制精度。

✓但加大K P只是能够减少稳态误差e ss，不能完全消除稳态误差e ss。

（二）积分时间常数T I对系统性能的影响1.对动态特性的影响Kp=20；Ti=0.5时输入波形：输出波形：静态误差波形：T i=1时输入波形：输出波形：静态误差波形：TI=200时输出波形：没有积分波形图：✓T I太小时，系统将不稳定。

✓T I偏小，则系统振荡次数较多。

✓T I太大时，对系统性能的影响减少。

✓当T I合适时，过渡过程的特性则比较理想。

3.对稳态误差的影响稳态误差波形图T I=4；I=200时✓积分控制能消除系统的稳态误差e ss，提高控制系统的控制精度。

✓但若T I太大时，积分作用太弱，以至不能减少稳态误差e ss。

PID参数与系统动静态性能的关系：
在P、I、D这三种控制作用中，比例部分与误差信号在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。

比例系数Kc越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度越高。

但是对于大多数系统，Kc过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。

控制器中的积分作用与当前误差的大小和误差的历史情况都有关系，只要误差不为零，控制器的输出就会因积分作用而不断变化，一直要到误差消失，系统处于稳定状态时，积分部分才不再变化，因此积分部分可以消除稳态误差，提高控制精度。

但是积分作用的动作缓慢，可能给系统的动态稳定性带来不良影响，因此很少单独使用。

积分时间常数Ti增大时，积分作用减弱，系统的动态性能（稳定性）可能有所改善，但是消除稳态误差的速度减慢。

误差变化的速度（即误差微分）反映了被控量变化的趋势，微分部分根据它提前给出较大的调节作用。

它较比例调节更为及时，所以微分部分具有超前和预测的特点。

微分时间常数TD增大时，可能会使超调量减少，动态性能得到改善，但是抑制高频干扰的能力下降。

如果TD过大，系统输出量可能出现频率较高的振荡。

如果TD过大，系统输出量在接近稳态值时可能上升缓慢。

选取采样周期Ts时，应使它远远小于系统阶跃响应的纯滞后时间或上升时间。

为使采样值能及时反映模拟量的变化，Ts越小越好。

但是Ts太小会增加CPU的运算工作量，相邻两次采样的差值几乎没
有什么变化，所以也不宜将Ts取得过小。

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。