PID控制參數(shù)的整定

1、PID控制器參數(shù)的整定摘要：比例（Proportion）、積分(Intergral)、和微分(Differential)控制(以下簡稱PID控制)，是控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一種控制規(guī)律。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及理論分析充分證明，這種控制規(guī)律在相當(dāng)多的工業(yè)對象中，都能得到滿意的控制效果。它是從事自動控制和電器傳動領(lǐng)域的工程技術(shù)人員在模擬控制系統(tǒng)中最常使用的的一種方法。關(guān)鍵詞：比例、積分、微分、控制系統(tǒng)、整定在工業(yè)控制中，目前應(yīng)用最多的控制方法仍然是PID控制。但PID控制器的參數(shù)與系統(tǒng)所處的穩(wěn)態(tài)工況有關(guān)。一旦工況改變了，控制器參數(shù)的“最佳”值也就隨著改變，這就意味著需要適時地整定控制器的參數(shù)。但PID參數(shù)

2、復(fù)雜繁瑣的整定過程一直困擾著工程技術(shù)人員。因此研究PID參數(shù)整定技術(shù)具有十分重大的工程實(shí)踐意義。本文對PID控制器參數(shù)的整定做以詳細(xì)說明。PID其控制圖如下圖所示。在實(shí)時控制中，一般要求被控過程是穩(wěn)定的，對給定量的變化能夠迅速跟蹤，超調(diào)量要小且有一定的抗干擾能力。一般要同時滿足上述要求是很困難的，但必須滿足主要指標(biāo)，兼顧其它方面。參數(shù)的選擇可以通過實(shí)驗(yàn)確定，也可以通過試湊法或者經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法得到。下面對以上方法進(jìn)行詳細(xì)地論述。1用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法確定PID控制器參數(shù)PID控制器的參數(shù)整定不是唯一的，事實(shí)上比例、積分和微分三部分作用相互影響。從應(yīng)用的角度看，只要被控對象主要指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求即可。為此人們根

3、據(jù)長期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，各種不同被控對象的PID的參數(shù)都是有一定的范圍。這就給現(xiàn)場調(diào)試提供了一個基準(zhǔn)。表1給出了幾種常見被控量PID參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可供參考。表1 幾種常見被控量PID參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)2用試湊法確定PID控制器參數(shù)試湊法就是根據(jù)控制器各參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響程度，邊觀察系統(tǒng)的運(yùn)行，邊修改參數(shù)，直到滿意為止。 一般情況下，增大比例系數(shù)Kp會加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，有利于減少靜差。但過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩使穩(wěn)定性變差。減小積分系數(shù)KI將減少積分作用，有利于減少超調(diào)使系統(tǒng)穩(wěn)定，但系統(tǒng)消除靜差的速度慢。增加微分系數(shù)KD有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)，是超調(diào)減少，穩(wěn)定性增加，但對干擾

4、的抑制能力會減弱。在試湊時，一般可根據(jù)以上參數(shù)對控制過程的影響趨勢，對參數(shù)實(shí)行先比例、后積分、再微分的步驟進(jìn)行整定。（1） 比例部分整定。首先將積分系數(shù)KI和微分系數(shù)KD取零，即取消微分和積分作用，采用純比例控制。將比例系數(shù)Kp由小到大變化，觀察系統(tǒng)的響應(yīng)，直至速度快，且有一定范圍的超調(diào)為止。如果系統(tǒng)靜差在規(guī)定范圍之內(nèi)，且響應(yīng)曲線已滿足設(shè)計要求，那么只需用純比例調(diào)節(jié)器即可。（2） 積分部分整定。如果比例控制系統(tǒng)的靜差達(dá)不到設(shè)計要求，這時可以加入積分作用。在整定時將積分系數(shù)KI由小逐漸增加，積分作用就逐漸增強(qiáng)，觀察輸出會發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的靜差會逐漸減少直至消除。反復(fù)試驗(yàn)幾次，直到消除靜差的速度滿意為止

5、。注意這時的超調(diào)量會比原來加大，應(yīng)適當(dāng)?shù)慕档鸵稽c(diǎn)比例系數(shù)KP。（3） 微分部分整定。若使用比例積分（PI）控制器經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍達(dá)不到設(shè)計要求，或不穩(wěn)定，這時應(yīng)加入微分作用，整定時先將微分系數(shù)KD從零逐漸增加，觀察超調(diào)量和穩(wěn)定性，同時相應(yīng)地微調(diào)比例系數(shù)KP、積分系數(shù)KI，逐步使湊，直到滿意為止。3擴(kuò)充臨界比例度法這種方法適用于有自平衡的被控對象，是模擬系統(tǒng)中臨界比例度法的擴(kuò)充。其整定步驟如下：（1） 選擇一個足夠短的采樣周期T。所謂足夠段，就是采樣周期小于對象的純之后時間的1/10。（2） 讓系統(tǒng)作純比例控制，并逐漸縮小比例度ð（ð=1/KP）是系統(tǒng)產(chǎn)生臨界振蕩。此時的比例度和振蕩周期就是臨界比例度ðK和臨界振蕩周期TK。（3） 選定控制度。所謂控制，就是以模擬調(diào)節(jié)器為基準(zhǔn)，將系統(tǒng)的控制效果與模擬調(diào)節(jié)器的控制效果相比較