PID中比例積分微分的經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)

1、PID中比例積分微分的經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)PID調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)兄K T以=3術(shù)）+玄2鼻S+陌回電-#7莒=十為積分系數(shù) ,山AKp:比例系數(shù)治二號(hào)為微分系數(shù)比例帶（比例度）P:輸入偏差信號(hào)變化的相對(duì)值與輸出信號(hào)變化的相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù)表示（比例系數(shù)的倒數(shù)）T:采樣時(shí)間Ti:積分時(shí)間Td:微分時(shí)間溫度 T: P=2060%,Ti=180600s,Td=3-180s壓力 P: P=3070%,Ti=24180s,液位 L: P=2080%,Ti=60300s, 流量 l： P=40100%,Ti=660s。（1） 一般來(lái)說(shuō)，在整定中，觀察到曲線震蕩很頻繁，需把比例帶增大以減少震蕩；當(dāng)曲線最大偏差大且趨于非周期過(guò)程

2、時(shí)，需把比例帶減少（2）當(dāng)曲線波動(dòng)較大時(shí)，應(yīng)增大積分時(shí)間；曲線偏離給定值后，長(zhǎng)時(shí)間回不來(lái), 則需減小積分時(shí)間，以加快消除余差。(3)如果曲線震蕩的厲害，需把微分作用減到最小，或暫時(shí)不加微分；曲線最 大偏差大而衰減慢，需把微分時(shí)間加長(zhǎng)而加大作用(4)比例帶過(guò)小，積分時(shí)間過(guò)小或微分時(shí)間過(guò)大，都會(huì)產(chǎn)生周期性的激烈震蕩。 積分時(shí)間過(guò)小，震蕩周期較長(zhǎng)；比例帶過(guò)小，震蕩周期較短；微分時(shí)間過(guò)大，震 蕩周期最短(5)比例帶過(guò)大或積分時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，都會(huì)使過(guò)渡過(guò)程變化緩慢。比例帶過(guò)大，曲 線如不規(guī)則的波浪較大的偏離給定值。積分時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，曲線會(huì)通過(guò)非周期的不正 常途徑，慢慢回復(fù)到給定值。注意：當(dāng)積分時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或微分時(shí)間過(guò)

3、大， 超出允許的范圍時(shí)，不管如果改變比例 帶，都是無(wú)法補(bǔ)救的1. PID調(diào)試步驟沒(méi)有一種控制 算法比PID調(diào)節(jié)規(guī)律更有效、更方便的了?，F(xiàn)在一些時(shí)髦點(diǎn)的 調(diào)節(jié)器基本源自PID。甚至可以這樣說(shuō)：PID調(diào)節(jié)器是其它控制調(diào)節(jié)算法的嗎。為什么PID應(yīng)用如此廣泛、又長(zhǎng)久不衰？因?yàn)镻ID解決了自動(dòng)控制理論所要解決的最基本 問(wèn)題，既系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性 和準(zhǔn)確性。調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，兼顧系統(tǒng)的帶載能力 和抗擾能力，同時(shí)，在PID調(diào)節(jié)器中引入積分項(xiàng)，系統(tǒng)增加了一個(gè)零積點(diǎn)，使之 成為一階或一階以上的系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差就為零。由于自動(dòng)控制系統(tǒng)被控對(duì)象的千差萬(wàn)別，PID的參數(shù)也必

4、須隨之變化，以滿 足系統(tǒng)的性能要求。這就給使用者帶來(lái)相當(dāng)?shù)穆闊?，特別是對(duì)初學(xué)者。下面簡(jiǎn)單 介紹一下調(diào)試PID參數(shù)的一般步驟：1 .負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)控制理論也被稱(chēng)為負(fù)反饋控制理論。首先檢查系統(tǒng)接線，確定系統(tǒng)的反 饋為負(fù)反饋。例如電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，輸入信號(hào)為正，要求電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，反饋信號(hào)也 為正(PID算法時(shí)，誤差=輸入-反饋)，同時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，反饋信號(hào)越大。其 余系統(tǒng)同此方法。2. PID調(diào)試一般原則a.在輸出不振蕩時(shí)，增大比例增益 Pob.在輸出不振蕩時(shí)，減小積分時(shí)間常數(shù) Ti。c.在輸出不振蕩時(shí)，增大微分時(shí)間常數(shù) Tdo3. 一般步驟a.確定比例增益P確定比例增益P時(shí)，首先去掉PID的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)，

5、一般是令Ti=0、Td=0 （具體見(jiàn)PID的參數(shù)設(shè)定說(shuō)明），使PID為純比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的 最大值的60%70%由0逐漸加大比例增益P,直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過(guò)來(lái)， 從此時(shí)的比例增益P逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時(shí)的比例增益P,設(shè)定PID的比例增益P為當(dāng)前值的60%70%比例增益P調(diào)試完成。b.確定積分時(shí)間常數(shù)Ti比例增益P確定后，設(shè)定一個(gè)較大的積分時(shí)間常數(shù) Ti的初值，然后逐漸減 小Ti,直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過(guò)來(lái)，逐漸加大 Ti,直至系統(tǒng)振蕩消失。 記錄此時(shí)的Ti,設(shè)定PID的積分時(shí)間常數(shù)Ti為當(dāng)前值的150%180%積分時(shí)間 常數(shù)Ti調(diào)試完成。c.確定微分時(shí)間常數(shù)T

6、d積分時(shí)間常數(shù)Td 一般不用設(shè)定，為0即可。若要設(shè)定，與確定 P和Ti的 方法相同，取不振蕩時(shí)的30%d.系統(tǒng)空載、帶載聯(lián)調(diào)，再對(duì) PID參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，直至滿足要求。2.PID控制簡(jiǎn)介目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入 輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過(guò)輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng) 的被控量，經(jīng)過(guò)傳感器，變送器，通過(guò)輸入接口送到控制器。不同的控

7、制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感 器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種 各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開(kāi)發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié) 器（intelligent regulator） ,其中PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過(guò)智能化調(diào) 整或自校正、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。有利用 PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液 位控制器，能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器（PLC）,還有可實(shí)現(xiàn)PID控制的 PC系統(tǒng)等等。可編程控制器（PLC）是利用其閉

8、環(huán)控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn) PID控制，而 可編程控制器（PLC）可以直接與ControlNet相連，如Rockwell的PLC-5等。還 有可以實(shí)現(xiàn)PID控制功能的控制器，如Rockwell的Logix產(chǎn)品系列，它可以直 接與ControlNet相連，利用網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。1、開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)(open-loop control system)是指被控對(duì)象的輸出(被控制量) 對(duì)控制器(controller) 的輸出沒(méi)有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴(lài)將被控量反 送回來(lái)以形成任何閉環(huán)回路。2、閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop control system)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)

9、象的輸出(被控制量)會(huì)反送回來(lái)影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng) 有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反，則稱(chēng)為負(fù)反饋(Negative Feedback),若極性相同，則稱(chēng)為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用 負(fù)反饋，又稱(chēng)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個(gè)具有 負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過(guò)不斷的修 正最后作出各種正確的動(dòng)作。如果沒(méi)有眼睛，就沒(méi)有了反饋回路，也就成了一個(gè) 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。另例，當(dāng)一臺(tái)真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈， 并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源，它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。3、階躍響應(yīng)階躍響應(yīng)是指

10、將一個(gè)階躍輸入(step function )加到系統(tǒng)上時(shí)，系統(tǒng)的輸 出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)的期望輸出與實(shí)際輸出之差?？刂葡到y(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)字來(lái)描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stability), 一個(gè)系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的；準(zhǔn) 是指控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、控制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)(Steady-state error)描述，它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差；快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，通常用上升時(shí)間來(lái)定量描述。4、PID控制的原理和特點(diǎn)在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制， 簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制，又稱(chēng)PID

11、調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它以其 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng) 被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握， 或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的 其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確 定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象 ，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。比例(P)控制比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)

12、成比例 關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-state error )。積分(I )控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱(chēng)這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差 的或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error ）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差， 在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的 增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大， 它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分（PI）控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)

13、入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。微分（D）控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。 其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后 （delay）組件，具有抑制誤 差的作用，具變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變 化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控 制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而 目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從

14、而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分（PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。5、PID控制器的參數(shù)整定PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類(lèi)：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的 數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以 直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴(lài) 工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際 中被廣泛采用。PID控制器

15、參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線 法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn) 公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方 法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：（1）首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期 讓系統(tǒng)工作；（2）僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振 蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；（3）在一定的控制度下通過(guò)公式 計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。3 .PID控制器參數(shù)的工程整定，各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中PID參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以下可參照： 溫度 T: P=2060%,T=180600s,D=3-180s壓力 P: P=3070%,T=24180s, 液位 L: P=2080%,T=60300s, 流量 L: P=40100%,T=660s。4 . PID常用口訣：參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查 先是比例后積分，最后再把微分加