PID参数的整定方法文档格式.docx

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4.中国人在自动控制领域的贡献

《工程控制论》，作者钱学森。

他在闲暇时（因新中国建立，他想回国，美国人就不准其接触核心科学）写出的在工程控制领域具有里程碑式的一本书。

二．PID是什么？

1．调节器：

执行机构好比人手脚,本控制量好比人的眼睛和感知器官，而调节器就是人的大脑，它是一个控制系统的核心。

基本的调节器具有两个输入量：

被调量和设定值。

被调量就是反映被调节对象的实际波动的量值.比如水位温度压力等等；

设定值顾名思义，是人们设定的值,也就是人们期望被调量需要达到的值。

基本的调节器至少有一个模拟量输出。

大脑根据情况运算之后要发布命令了，它发布一个精确的命令让执行机构去按照它的要求动作。

事实上,为了描述方便，大家习惯上更精简为两个量：

输入偏差和输出指令.

2．什么是PID

P就是比例，就是输入偏差乘以一个系数；

I就是积分，就是对输入偏差进行积分运算；

D就是微分，对输入偏差进行微分运算.

至于是谁发明的PID控制方法,不得而知，但确实是一个天才.

3．日常生活中的PID应用

在日常生活中，人们不自觉的会应用到PID控制思想，只是没有上升到理论高度.

比方说桌子上放个物体，样子像块金属。

你心里会觉得这个物体比较重,就用较大力量去拿，可是这个东西其实是木头做的，外观被加工成了金属的样子。

手一下子“拿空了”，用力过猛，这是怎么回事？

比例作用太强了.导致你的大脑发出指令,让你的手输出较大的力矩，导致“过调”。

还是那个桌子，还放着一块相同样子的东西，这一次你会用较小的力量去拿.可是东西纹丝不动。

怎么回事?

原来这个东西确确实实是金属做的。

刚才你调整小了比例作用，导致比例作用过弱。

导致你的大脑发出指令，命令你的手输出较小的力矩，导致“欠调”。

还是那个桌子,第三块东西样子跟前两块相同,这一次你一定会小心点了，开始力量比较小，感觉物体比较沉重了，再逐渐增加力量，最终顺利拿起这个东西。

为什么顺利了呢？

因为这时候你不仅使用了比例作用，还使用了积分作用，根据你使用的力量和物体重量之间的偏差，逐渐增加手的输出力量，直到拿起物品以后，你增加力量的趋势才得以停止。

4．PID整定口诀

相信大家在学习过程中都见过下面这PID参数的整定口诀：

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.

曲线漂浮绕大弯，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,前高后低四比一。

一看二调多分析,调节质量不会低.

可是,对于一个初学者来说，如果没有具体的实例，还是不能判断怎么算绕大弯,怎么叫做快怎么叫做慢.咱们看看“曲线波动周期长，积分时间再加长。

”这句话。

要单纯理解这句话很不容易。

它的本意是说：

被调量波动不能稳定且周期较长，说明积分作用过强，需要将积分时间加长。

可积分时间是否过长，不是单纯看被调量的波动状况就能判断出来的。

尤其是多冲量复杂调节系统，同样被调量的曲线形状，不能唯一断定是某一种因素所致,我们需要把输出曲线放在一起综合衡量。

5．PID的工程整定方法：

其实这个方法已经被大家所熟知，并由PID优化软件进行实现.浅白一点说，就是先把系统调为纯比例作用，然后增强比例作用让系统震荡，记录下比例作用和震荡周期，然后这个比例作用乘以0.6，积分作用适当延长。

公式表达如下:

Ｋｐ　＝　０．６×

Ｋｍ

Ｋｄ　＝　Ｋｐ×

π／4ω

Ｋｉ　＝　Ｋｐ×

ω／π

Ｋｐ为比例控制参数

Ｋｄ为微分控制参数

Ｋｉ为积分控制参数

Ｋｍ为系统开始振荡时的比例值；

ω为极坐标下振荡时的频率

这个方法只是提供一个大致的思路，具体情况要复杂得多。

6．PID的不足

PID控制法已经当之无愧的成了经典控制方法.我们在控制理论中都会进行大篇幅的讲述,在我们电厂热力系统的控制中，绝大部分都采用PID控制方法,我们要讲的，也就是这种经典的PID控制。

可是对于大迟延的系统,或者是多输入多输出的强耦合系统,PID控制往往就变得无能为力了,不能取得良好的控制效果。

三．现代控制理论介绍

在PID调节诞生后，取得了很好的应用效果。

PID调节迅速普及。

但是，正如上面所述的，现实总是复杂的.有些系统是PID应付不了的。

这就是现代控制理论的形成的原因。

下面介绍几种常用的现代控制思想

1．神经网络控制

总的来说，神经网络控制是模拟生物感知控制.它将每个信号进行加权运算和小信号切除后，进行层运算，最终多路输出.并行计算、分步信息储存、容错能力强是它突出的优点。

2．模糊控制

模糊控制诞生于1965年。

创始人是美国人（又是美国！

）模糊控制叫做Fuzzy控制，是将精确量模糊化，根据隶属度进行控制策略的选取，因为模糊控制对精细调节的优势不明显，后来又诞生了模糊+PID控制。

3．小波理论

第二节PID的参数整定

一．几个基本概念

1.单回路:

就是指自动调节系统只含有一个PID的调节系统。

2.串级：

一个PID不够用怎么办?

把两个PID串接起来，第一个PID的输出作为第二个PID的设定值，形成一个串级调节系统。

又叫双回路调节系统。

3。

正作用：

对于PID调节器来说,输出随着被调量增高而增高，降低而降低的作用，叫做正作用.

比方说一个水池有一个进水口和一个出水口，进水量固定不变,依靠调节出水口的水量调节水池水位。

那么水位如果高了,就需要调节出水量增大,

4.负作用：

对于PID调节器来说，输出随着被调量的增高而降低的作用叫做负作用。

还是这个水池，我们把出水量固定不变，而依靠调节进水量来调节水池水位。

那么如果水池水位增高,就需要关小进水量。

5.动态偏差:

在调节过程中，被调量和设定值之间的偏差随时改变,任意时刻两者之间的偏差叫做动态偏差.简称动差.

6。

静态偏差:

调解趋于稳定之后，被调量和设定值之间还存在的偏差叫做静态偏差.简称静差。

7。

回调：

调节器调节作用显现,使得被调量开始由上升变为下降，或者由下降变为上升.

二．PID参数调整要观察的曲线

现在DCS在电厂控制领域很普及，曲线功能很强大，想收集什么曲线就收集什么曲线，投自动至少要观察以下曲线。

1、设定值。

作为比较判断依据；

2、被调量波动曲线。

3、PID输出。

就这么简单.如果是串级调节系统,我们还要收集：

4、副调的被调量曲线;

5、PID输出曲线。

三．PID控制作用的特性分析

为今后曲线分析方便，我们把PID的作用人为分开，单独进行分析

1.P－比例作用曲线的特征分析

所谓的P，就是比例作用，就是把调节器的输入偏差乘以一个系数，作为调节器的输出.一般来说，设定值不会经常改变，那就是说：

当设定值不变的时候,调节器的输出只与被调量的波动有关。

那么我们可以基本上得出如下一个概念性公式：

输出波动=被调量波动*比例增益

通过概念性公式，我们可以得到如下结论，对于一个单回路调节系统,单纯的比例作用下:

输出的波形与被调量的波形完全相似.一句话简述：

被调量变化多少，输出乘以比例系数就变化多少. 

P-比例作用下被调量曲线的几点推论：

（1）对于正作用的调节系统，顶点、谷底均发生在同一时刻.

（2）对于正作用的调节系统，被调量的曲线上升，输出曲线就上升;

被调量曲线下降，输出曲线就下降。

两者趋势完全一样.

（3）对于负作用的调节系统，被调量曲线和输出曲线相对.

（4）波动周期完全一致。

（5）只要被调量变化，输出就变化;

被调量不变化，不管静态偏差有多大，输出也不会变化。

上面5条推论很重要，请大家牢牢记住。

只有熟练掌握这些，才真正能够判断PID的影响。

对于一些最简单的有自平衡能力的调节系统，比如水池水位，就可以用一个单纯的比例调节系统完成调节.

2.I—纯积分作用曲线的特征分析

I就是积分作用。

积分相当于一个斜率发生器。

启动这个发生器的前提是调节器的输入偏差不等于零，斜率的大小与两个参数有关：

输入偏差的大小、积分时间。

在许多调节系统中，规定单纯的积分作用是不存在的。

它必须要和比例作用配合在一起使用才有意义。

为了分析方便,咱们把积分作用剥离开来,对其作单纯的分析.

那么单纯积分作用的特性总结如下：

（1）输出的升降与被调量的升降无关,与输入偏差的正负有关.

（2）输出的升降与被调量的大小无关。

（3）输出的斜率与被调量的大小有关。

（4）被调量不管怎么变化,输出始终不会出现阶跃扰动。

（5）被调量达到顶点的时候,输出的变化趋势不变，速率开始减缓。

（6）输出曲线达到顶点的时候，必然是输入偏差等于零的时候.

积分作用下的调节曲线

因输出的响应较比例作用不明显，故被调量开始变化的时刻t2，较比例作用缓慢。

在t1到t2的时间内,因为被调量不变，即输入偏差不变，所以输出以不变的速率上升，即呈线性上升。

调节器的输出缓慢改变，导致被调量逐渐受到影响而改变。

在t2时刻，被调量开始变化时，输入偏差逐渐减小，输出的速率开始降低。

到t3时刻，偏差为0时,输出不变,输出曲线为水平。

然后偏差开始为正时，输出才开始降低.

到t4时刻，被调量达到顶点开始回复，但是因偏差仍旧为正，故输出继续降低只是速率开始减缓。

直到t5时刻，偏差为0时,输出才重新升高。

一般来说，积分作用容易被初学者重视，重视是对的，因为它可以消除静态偏差.可是重视过头了，就会形成积分干扰。

3.D—纯微分作用曲线的特征分析

D就是微分作用。

单纯的微分作用是不存在的.同积分作用一样，我们之所以要把微分作用单独隔离开来讲,就是为了理解的方便。

微分作用的特点一句话简述:

被调量不动，输出不动；

被调量一动，输出马上跳.

微分作用的特点总结如下：

（1）微分作用与被调量的大小无关，与被调量的变化速率有关;

（2）与被调量的正负无关，与被调量的变化趋势有关；

（3）如果被调量有一个阶跃变化，就相当于输入变化的速度无穷大，那么输出会直接到最小或者最大.所以，实际微分都是对幅度有限制的（Kd）。

（4）微分参数分为两个:

微分增益和微分时间.微分增益表示输出波动的幅度，微分时间表示回归的快慢。

合理搭配微分增益和微分时间，会起到让你起初意想不到的效果。

比例积分微分三个作用各有各的特点.总结如下：

比例作用：

输出与输入曲线相似。

积分作用：

只要输入有偏差输出就变化.

微分作用：

输入有