当前位置：文档之家 › PID参数整定调节方法

PID参数整定调节方法

  • 格式：docx
  • 大小：20.30 KB
  • 文档页数：12

PID 参数如何设定调节

内容 :PID 参数如何设定调节

PID 就是比例微积分调节 ,具体你可以参照自动控制课程里有详细介绍！ 正作用与 反作用在温控里就是当正作用时是加热 ,反作用是制冷控制。

PID 控制简介 目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。 同时 ,

控制理论的发展也经历了古典控制理论、 现代控制理论和智能控制理论三个阶段。 智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。 自动控制系统可分为开环控制系统 和闭环控制系统。一个控控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输 入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系 统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。 不同的控制系统

，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。 比如压力控制系统要采用压力传感 器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前 ,PID 控制及其控制器或智能 PID 控制器(仪表)已经很多 ,产品已在工程实际中得到了广泛的应用 ,有各种各 样的 PID 控制器产品 ,各大公司均开发了具有 PID 参数自整定功能的智能调节器 (intelligent regulator),其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、 自适应算法来实现。有利用 PID 控制实现的压力、温度、流量、液位控制器 ,能 实现PID控制功能的可编程控制器(PLC),还有可实现PID控制的PC系统等等。可 编程控制器(PLC)是利用其闭环控制模块来实现 PID控制，而可编程控制器(PLC)

可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现 PID 控制 功能的控制器，如Rockwell的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用 网络来实现其远程控制功能。

1、开环控制系统

开环控制系统(open-loop control system是指被控对象的输出(被控制量)对控 制器(con troller)的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以 形成任何闭环回路。

2、 闭环控制系统

闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控 制量)会反送回来影响控制器的输出 ,形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反 馈和负反馈,若反馈信号与系统给定值信号相反,则称为负反馈 (Negative Feedback)若极性相同，则称为正反馈,一般闭环控制系统均采用负反馈， 又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的 闭环控制系统 ,眼睛便是传感器 ,充当反馈,人体系统能通过不断的修正最后作出各 种正确的动作。如果没有眼睛 ,就没有了反馈回路 ,也就成了一个开环控制系统。 另例,当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净 ,并在洗净之后能

自动切断电源 ,它就是一个闭环控制系统。

3、 阶跃响应

阶跃响应是指将一个阶跃输入(step function)加到系统上时，系统的输出。 稳态误差是指系统的响应进入稳态后，系统的期望输出与实际输出之差。 控制系

统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性(stability), —个系 统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的；准是指控制 系统的准确性、控制精度 ,通常用稳态误差来 (Steady-state error) 描述,它表示系统 输出稳态值与期望值之差；快是指控制系统响应的快速性 ,通常用上升时间来定

量描述。

4、PID 控制的原理和特点

在工程实际中 ,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制 ,简

称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简 单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对 象的结构和参数不能完全掌握 ,或得不到精确的数学模型时 ,控制理论的其它技术 难以采用时 ,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定 ,这时应用

PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过 有效的测量手段来获得系统参数时 ,最适合用 PID 控制技术。 PID 控制,实际中也 有 PI 和 PD 控制。

PID 控制器就是根据系统的误差 ,利用比例、积分、微分计算出 控制量进行控制的。

比例（P）控制

比例控制是一种最简单的控制方式。 其控制器的输出与输入误差信号成比例 关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（ Steady-state erro）r 。

积分（ I ）控制

在积分控制中 ,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。 对一个自动 控制系统 ,如果在进入稳态后存在稳态误差 ,则称这个控制系统是有稳态误差的或 简称有差系统（System

with Steady-state Erro））为了消除稳态误差，在控制器中必 须引入 “积分项”。积分项对误差取决于时间的积分 ,随着时间的增加 ,积分项会增 大。这样 ,即便误差很小 ,积分项也会随着时间的增加而加大 ,它推动控制器的输出 增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制器,可以使系统 在进入稳态后无稳态误差。

微分（D）控制

在微分控制中 ,控制器的输出与输入误差信号的微分 (即误差的变化率) 成正 比关系。

自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会 出现振荡甚至失稳。 其 原因是由于存在有较大惯性组件 (环节)或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作 用,其变化总是落后于误差的变化。

解决的办法是使抑制误差的作用的变化 “超前 ” 即在误差接近零时 ,抑制误差的作用就应该是零。 这就是说 ,在控制器中仅引入 “比 例”项往往是不够的 ,比例项的作用仅是放大误差的幅值 ,而目前需要增加的是 “微 分项”它,能预测误差变化的趋势 ,这样,具有比例+微分的控制器 ,就能够提前使抑 制误差的控制作用等于零 ,甚至为负值 ,从而避免了被控量的严重超调。所以对有 较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动 态特性。

5、PID 控制器的参数整定

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。 现在一般采用的是临界比例法。 利用该方法进行 PID 控制器参数 的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作； (2)仅加入

比例控制环节 ,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡 ,记下这时的比例放大系

数和临界振荡周期；（3）在一定的控制度下通过公式计算得到 PID控制器的参数。

PID 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 P\I\D 的大小。

PID控制器参数的工程整定，各种调节系统中P丄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。

书上的常用口诀：

参数整定找最佳 ,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

这里介绍一种经验法。 这种方法实质上是一种试凑法 ,它是在生产实践中总结出 来的行之有效的方法 ,并在现场中得到了广泛的应用。

这种方法的基本程序是先根据运行经验 ,确定一组调节器参数 ,并将系统投入闭

环运行 ,然后人为地加入阶跃扰动(如改变调节器的给定值) ,观察被调量或调节

器输出的阶跃响应曲线。 若认为控制质量不满意 ,则根据各整定参数对控制过程的 影响改变调节器参数。这样反复试验 ,直到满意为止。

经验法简单可靠 ,但需要有一定现场运行经验 ,整定时易带有主观片面性。当采 用 PID 调节器时 , 有多个整定参数 ,反复试凑的次数增多 ,不易得到最佳整定参数。

下面以 PID 调节器为例 ,具体说明经验法的整定步骤：

⑴让调节器参数积分系数S0=0,实际微分系数k=0,控制系统投入闭环运行，由小 到大改变比例系数S1,让扰动信号作阶跃变化，观察控制过程，直到获得满意的控 制过程为止。

⑵取比例系数S1为当前的值乘以0.83,由小到大增加积分系数S0,同样让扰动 信号作阶跃变化 ,直至求得满意的控制过程。

(3)积分系数S0保持不变,改变比例系数S1,观察控制过程有无改善，如有改善则 继续调整，直到满意为止。否则，将原比例系数S1增大一些，再调整积分系数SO,力 求改善控制过程。如此反复试凑 ,直到找到满意的比例系数 S1 和积分系数 S0 为 止。

⑷引入适当的实际微分系数k和实际微分时间TD，此时可适当增大比例系数S1 和积分系数SO。和前述步骤相同，微分时间的整定也需反复调整，直到控制过程满 意为止。

注意：仿真系统所采用的 PID 调节器与传统的工业 PID 调节器有所不同 ,各个 参数之间相互隔离 ,互不影响 ,因而用其观察调节规律十分方便。

PID 参数是根据控制对象的惯量来确定的。 大惯量如：大烘房的温度控制 ,一般

P可在10以上,l=3-10,D=1左右。小惯量如：一个小电机带

一水泵进行压力闭环控制，一般只用PI控制。P=1-10,I=0.1-1,D=0,这些要在现场 调试时进行修正的。

我提供一种增量式 PID 供大家参考

合集下载

PID控制器的参数整定

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闭环控制器，可以根据系统的输入和输出之间的误差来调整控制器的参数，从而实现对系统的稳定控制。PID控制器的参数整定是指确定控制器的比例系数Kp、积分时间Ti和微分时间Td的过程。下面将详细介绍PID控制器的参数整定方法和相关的考虑因素。

一、参数整定方法：

1.经验整定法：根据经验将控制器的参数进行初步设定。经验整定法通常通过试验或先验知识来确定参数，根据具体的应用场景不断调整，以达到较好的控制效果。该方法常用与简单的控制系统或者无法获得系统数学模型的情况下。

2. Ziegler-Nichols整定法：Ziegler-Nichols整定法是一种基于试验的整定方法。该方法首先暂时关闭积分和微分控制，只调整比例控制系数Kp，使系统达到临界稳定状态。然后测量临界增益Ku和临界周期Pu，根据不同类型的控制系统（比例型、积分型和微分型），采用不同的参数整定公式确定Kp、Ti和Td的初始值，再根据系统的实际响应实时调整。

3. Ziegler-Nichols改进整定法（Chien-Hrones-Reswich法）：该方法是对Ziegler-Nichols整定法的改进，可以更精确地测定控制器参数。该方法同样通过测量系统的临界增益Ku和临界周期Pu，但是对参数的计算公式进行了修正，提高了参数整定的准确性。

4. 极点配置法（Pole Placement）：极点配置法是一种基于系统数学模型的整定方法。通过分析系统的传递函数，确定控制器的极点位置，从而使系统的闭环响应满足所需的性能指标。该方法需要对系统的数学模型有较详细的了解，适用于相对复杂的控制系统。 5.自整定法：自整定法是一种自动寻优的整定方法，常用于智能控制器中。该方法通过观察系统的动态性能，通过迭代寻找最优的参数组合。自整定法通常采用优化算法（如遗传算法、粒子群算法等）来最优参数，在一定的性能和收敛速度之间进行权衡。

PID控制原理与参数整定方法

PID控制原理与参数整定方法

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。参数整定的方法根据具体的系统特点和需求选择，可以通过经验法、整定法和优化算法等方式来确定合适的PID参数组合。

PID控制原理与参数整定方法 2

PID控制原理与参数整定方法 2

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参数工程整定方法

PID参数工程整定方法

PID参数工程整定方法

PID（比例、积分、微分）控制器是一个自动控制系统中常用的控制算法，用于调节系统的输出以达到期望的设定值。

1.经验法：

经验法是一种基于经验和操作人员经验的调节方法。通过实践经验，根据不同的系统特性，人们总结出一些定性关系，用于指导参数调节。例如，经验法中最常用的方法之一是试控法，即通过调节P、I、D三个参数的值，使得系统输出与设定值之间的误差最小。

2. Ziegler-Nichols法：

Ziegler-Nichols法是一种基于试控法的数学方法。它通过改变PID控制器的增益参数来调整系统，使得系统的阻尼比达到临界阻尼点。然后，根据输出的时间响应曲线，从曲线中提取出一些参数，根据这些参数计算出PID控制器的参数。该方法简单易行，但只适用于一阶系统和二阶系统。

3.超调法：

超调法是一种通过改变PID控制器的增益参数来调整系统的方法。它通过观察系统的超调量来调整PID参数。超调量是指系统在达到设定值之后，实际值超过设定值的幅度。根据超调量的大小，可以调整PID控制器的参数值，以使系统达到更好的性能。

4.频率响应法：

频率响应法是一种通过改变PID控制器的增益参数来调整系统的方法。它通过对系统进行频率响应测试，获得系统的传递函数和频率响应曲线，然后根据曲线的特征确定PID参数。该方法适用于高阶系统和非线性系统。 5.基于模型的方法：

基于模型的方法是一种通过建立系统的数学模型来调整PID控制器的方法。通过分析系统的模型，计算出最佳的PID参数，以使系统达到最佳的性能表现。这种方法需要对系统有较好的了解和较强的数学建模能力。

需要注意的是，不同的系统和应用场景可能需要不同的PID参数整定方法。参数整定是一个复杂的过程，通常需要多次试验和调节，根据实际情况和需求进行优化。

总之，PID参数工程整定是一个复杂的过程，需要结合实际情况和经验进行调节。通过合理的参数设置，可以提高系统的稳定性、响应速度和抗干扰能力，实现更好的控制效果。