PID参数调节原理和整定方法(1)

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。

PID控制原理与参数整定方法PID控制是一种常用的反馈控制方法，它通过测量控制系统的输出与期望输入之间的差异，计算出一个控制信号来调节控制系统的行为。

PID 控制器的主要参数有比例增益（Proportional），积分时间（Integral）和微分时间（Derivative）。

通过调节这些参数，可以实现对控制系统的动态响应和稳定性的优化。

首先，我们来了解一下PID控制器的工作原理。

PID控制器是基于控制误差和误差的变化率来计算输出控制信号的，它包含三个部分：比例控制项、积分控制项和微分控制项。

比例控制项（P项）以控制误差的比例关系来计算输出信号。

它的计算公式为：P=Kp*e(t)，其中Kp为比例增益，e(t)为控制误差。

比例增益越大，控制器对误差的纠正力度越大，但过大的比例增益会引起震荡。

积分控制项（I项）以控制误差的累积值来计算输出信号。

它的计算公式为：I = Ki * ∫e(t)dt，其中Ki为积分时间，∫e(t)dt为控制误差的累积值。

积分控制项主要用于消除稳态误差，但过大的积分时间会引起超调和不稳定。

微分控制项（D项）以控制误差的变化率来计算输出信号。

它的计算公式为：D = Kd * de(t)/dt，其中Kd为微分时间，de(t)/dt为控制误差的变化率。

微分控制项主要用于抑制系统的震荡和快速响应，但过大的微分时间会引起噪声放大。

接下来，我们来介绍一下PID参数整定的方法。

在实际应用中，PID 参数的选择通常需要经验和试验。

以下是常用的PID参数整定方法。

1.经验设置法：根据经验设置PID参数的初始值，然后根据实际系统的响应进行调整。

这种方法需要经验和实践的积累，适用于经验丰富的控制工程师。

2. Ziegler-Nichols方法：这是一种基于实验步骤响应曲线的整定方法。

该方法通过观察控制系统的临界点，确定比例增益、积分时间和微分时间的初始值，然后通过试探法逐步调整，直到系统达到所需的动态响应。

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参数整定过程及一些常规步骤一：PID参数调节原理及一般的整定步骤1．比例作用比例（P）参数越大比例作用越强，动态响应越快，消除误差的能力越强。

但实际系统是有惯性的，控制输出变化后，实际PV值变化还需要等待一段时间后才会缓慢变化，由于实际系统是有惯性的，比例作用不宜太强，比例作用太强会引起振荡不稳定。

通常将比例（P）参数由小向大调，以能达到最快响应又无超调（或无大的超调）为最佳参数。

2．积分作用为了消除静差必须引入积分作用，积分作用可以消除静差，以便被控的PV值最后与给定值一致。

积分作用消除静差的原理是：只要有误差存在，就对误差进行积分，使输出继续增大或缩小，一直到误差为零，一直到误差为零，积分停止，输出不再变化，系统的PV值保持稳定，PV值等于SP值，达到误差调节的效果。

由于实际系统是有惯性的，输出变化后，PV值不会马上变化，须等待一段时间才缓慢变化，因此积分的快慢必须与实际系统的惯性相匹配，惯性大、积分作用就应该弱，积分时间I就应该大些，反之亦然。

如果积分作用太强，积分输出变化过快，就会引起积分过头的现象，产生积分超调和振荡。

通常I参数是由大往小调节，即积分作用由小往大调，观察系统响应以能达到快速消除误差，达到给定值，又不引起振荡为准。

3．微分作用一般的控制系统，不仅对稳定控制有要求，而且对动态指标也有要求，通常都要求负载变化或给定调整等引起扰动后，恢复到稳态的速度要快，因此光有比例和积分调节作用还不能满足要求，必须引入微分作用。

比例和积分作用是事后进行调节（即发生误差后才进行调节），而微分作用则是事前预防控制，即一发现PV有变大或变小的趋势，马上就输出一个阻止其变化的控制信号，以防止出现过冲或超调等。

D越大，微分作用越强，D越小，微分作用越弱。

系统调试通常把D从小往大调节。

由于给定值调整或负载扰动引起PV变化，比例和积分作用一定等到PV值变化后才进行调节，并且误差小时，产生的比例和积分调节作用也小，纠正误差的能力也小，误差大时，产生的比例和积分作用才增大。

PID控制原理与参数的整定方法PID控制（Proportional, Integral, Derivative）是一种常用的控制算法，广泛应用于工业控制中。

PID控制的原理在于根据系统的偏差来调整控制器的输出，通过比例、积分和微分三个部分的组合来实现稳定控制。

PID控制具有简单、易于实现以及对多种控制系统都适用的优点。

1. 比例部分（Proportional）：控制器的输出与系统偏差成比例关系。

比例参数Kp越大，控制器对于系统偏差的响应越强烈。

2. 积分部分（Integral）：控制器的输出与系统偏差的积分成比例关系，用于消除偏差的累积效应。

积分参数Ki越大，积分作用越明显，能够更快地消除较大的稳态偏差。

3. 微分部分（Derivative）：控制器的输出与系统偏差的导数成比例关系，用于预测系统响应趋势。

微分参数Kd越大，控制器对于系统变化率的响应越快，从而减小超调和加快系统的响应速度。

1.经验整定法：通过试验和经验来估计PID参数。

该方法适用于绝大多数工控场合，但需要经验丰富的工程师进行调试。

2. Ziegler-Nichols整定法：由Ziegler和Nichols提出的一种经典的整定方法。

通过增大比例参数Kp，逐步增大积分参数Ki和微分参数Kd，直到系统出现震荡，然后通过震荡周期和幅值来计算PID参数。

3. Chien-Hrones-Reswick整定法：由Chien、Hrones和Reswick提出的整定方法。

通过对系统的动态响应进行数学分析，求解PID参数的合理取值。

4. Lambda调整法：通过修正Ziegler-Nichols整定法的参数，通过对系统的响应特性进行校正来得到优化的PID参数。

5.自适应整定法：通过分析系统的响应特性，利用数学模型和自适应算法来实时调整PID参数，以使系统保持最佳的控制性能。

需要指出的是，PID控制器参数的整定是一个复杂的问题，依赖于具体的控制对象和控制要求。

PID控制器的原理与参数调节PID控制器（Proportional-Integral-Derivative Controller）是一种常用的自动控制算法。

本文将介绍PID控制器的原理，并探讨其参数调节方法。

一、PID控制器原理PID控制器是基于反馈原理的控制算法，通过不断测量目标系统的状态，并根据实际误差来调节输出控制信号，以使系统的输出尽可能接近期望值。

PID控制器由三个参数组成：比例增益Kp、积分时间Ti和微分时间Td。

它们分别对应于控制器的三部分：比例部分、积分部分和微分部分。

1. 比例部分（Proportional）比例控制部分根据系统当前的误差进行调节。

比例增益Kp越大，系统的响应速度越快，但过大的增益可能导致系统产生超调或振荡的现象。

2. 积分部分（Integral）积分控制部分根据系统历史误差的累积值进行调节。

积分时间常数Ti越大，系统越稳定，但过大的积分时间可能导致系统对误差的响应过慢。

3. 微分部分（Derivative）微分控制部分根据当前误差的变化率进行调节。

微分时间常数Td 越大，系统对误差的变化越敏感，但过大的微分时间可能导致系统产生过冲。

综上所述，PID控制器的输出可以表示为：C(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，C(t)为控制器的输出，e(t)为系统当前误差，Kp、Ki、Kd为控制器的参数。

二、PID控制器的参数调节PID控制器的参数调节是为了优化系统的控制性能，通常可以通过试验、实验和理论分析等方法得出最佳参数。

常用的参数调节方法包括以下几种：1. 手动调节法手动调节法是最直观和简单的方法。

通过观察系统的响应曲线，逐步调节比例增益Kp、积分时间Ti和微分时间Td，使系统的超调量、响应速度和稳定性达到最佳状态。

但这种方法需要经验和耐心，并且耗费时间。

2. Ziegler-Nichols方法Ziegler-Nichols方法是一种经验性的整定方法，通过系统的开环响应曲线来确定参数。