PID控制器參數的整定

摘要：比例（Proportion）、積分(Intergral)、和微分(Differential)控制(以下簡稱PID控制)，是控制系統中應用最廣泛的一種控制規律。實際運行經驗及理論分析充分證明，這種控制規律在相當多的工業對象中，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域的工程技術人員在模擬控制系統中最常使用的的一種方法。 關鍵詞：比例、積分、微分、控制系統、整定 在工業控制中，目前應用最多的控制方法仍然是PID控制。但PID控制器的參數與系統所處的穩態工況有關。一旦工況改變了，控制器參數的“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。但PID參數復雜繁瑣的整定過程一直困擾著工程技術人員。因此研究PID參數整定技術具有十分重大的工程實踐意義。本文對PID控制器參數的整定做以詳細說明。 PID其控制圖如下圖所示。 在實時控制中，一般要求被控過程是穩定的，對給定量的變化能夠迅速跟蹤，超調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，兼顧其它方面。參數的選擇可以通過實驗確定，也可以通過試湊法或者經驗數據法得到。下面對以上方法進行詳細地論述。 1用經驗數據法確定PID控制器參數 PID控制器的參數整定不是唯一的，事實上比例、積分和微分三部分作用相互影響。從應用的角度看，只要被控對象主要指標達到設計要求即可。為此人們根據長期的實踐經驗發現，各種不同被控對象的PID的參數都是有一定的范圍。這就給現場調試提供了一個基準。表1給出了幾種常見被控量PID參數的經驗數據，可供參考。 表1 幾種常見被控量PID參數的經驗數據 2用試湊法確定PID控制器參數 試湊法就是根據控制器各參數對系統性能的影響程度，邊觀察系統的運行，邊修改參數，直到滿意為止。 一般情況下，增大比例系數Kp會加快系統的響應速度，有利于減少靜差。但過大的比例系數會使系統有較大的超調，并產生振蕩使穩定性變差。減小積分系數KI將減少積分作用，有利于減少超調使系統穩定，但系統消除靜差的速度慢。增加微分系數KD有利于加快系統的響應，是超調減少，穩定性增加，但對干擾的抑制能力會減弱。在試湊時，一般可根據以上參數對控制過程的影響趨勢，對參數實行先比例、后積分、再微分的步驟進行整定。 （1） 比例部分整定。首先將積分系數KI和微分系數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Kp由小到大變化，觀察系統的響應，直至速度快，且有一定范圍的超調為止。如果系統靜差在規定范圍之內，且響應曲線已滿足設計要求，那么只需用純比例調節器即可。 （2） 積分部分整定。如果比例控制系統的靜差達不到設計要求，這時可以加入積分作用。在整定時將積分系數KI由小逐漸增加，積分作用就逐漸增強，觀察輸出會發現，系統的靜差會逐漸減少直至消除。反復試驗幾次，直到消除靜差的速度滿意為止。注意這時的超調量會比原來加大，應適當的降低一點比例系數KP。 （3） 微分部分整定。若使用比例積分（PI）控制器經反復調整仍達不到設計要求，或不穩定，這時應加入微分作用，整定時先將微分系數KD從零逐漸增加，觀察超調量和穩定性，同時相應地微調比例系數KP、積分系數KI，逐步使湊，直到滿意為止。 3擴充臨界比例度法 這種方法適用于有自平衡的被控對象，是模擬系統中臨界比例度法的擴充。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） 讓系統作純比例控制，并逐漸縮小比例度ð（ð=1/KP）是系統產生臨界振蕩。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，就是以模擬調節器為基準，將系統的控制效果與模擬調節器的控制效果相比較，其筆直即控制度。 表2位擴充臨界比例度法的參數整定表。 這樣四個參數的整定問題就簡化為一個參數KP的整定問題了。改變KP，觀察控制效果，直到滿意為止，就可以確定KP值。 4結束語 以上三種參數整定的方法，供有關人工程技術人員在使用時借鑒參考。 5參考文獻 1. 《微型計算機控制系統》.冶金工業出版社 2. 中國工控網 3. 中國自動化網 4. 《工業過程控制工程》.化學工業出版社 聯系方式：姓名：楊鐵峰 電話：13943113946 地址：吉林省長春市雙陽區吉林亞泰水泥有限公司計控室 郵編：130617 電子信箱：tiefengyang@126.com 13943113946@jilmc.com.cn