确定控制器参数.docx
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确定控制器参数
确定控制器参数
数字PID控制器控制参数的选择，可按连续-时间PID参数整定方法进行。
PID控制器的参数整定，可以不依赖于受控对象的数学模型。
工程上，PID控制器的参数常常是通过实验来确定，通过试凑，或者通过实验经验公式来确定。
常用的方法，采样周期选择，
实验凑试法
实验凑试法是通过闭环运行或模拟，观察系统的响应曲线，然后根据各参数对系统的影响，反复凑试参数，直至出现满意的响应，从而确定PID控制参数。
整定步骤
实验凑试法的整定步骤为"先比例，再积分，最后微分"。
（1）整定比例控制
将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。
（2）整定积分环节
若在比例控制下稳态误差不能满足要求，需加入积分控制。
先将步骤
（1）中选择的比例系数减小为原来的50～80％，再将积分时间置一个较大值，观测响应曲线。
然后减小积分时间，加大积分作用，并相应调整比例系数，反复试凑至得到较满意的响应，确定比例和积分的参数。
（3）整定微分环节
若经过步骤
（2），PI控制只能消除稳态误差，而动态过程不能令人满意，则应加入微分控制，构成PID控制。
先置微分时间TD=0，逐渐加大TD，同时相应地改变比例系数和积分时间，反复试凑至获得满意的控制效果和PID控制参数。
实验经验法
扩充临界比例度法
实验经验法调整PID参数的方法中较常用的是扩充临界比例度法,其最大的优点是，参数的整定不依赖受控对象的数学模型，直接在现场整定、简单易行。
扩充比例度法适用于有自平衡特性的受控对象，是对连续-时间PID控制器参数整定的临界比例度法的扩充。
整定步骤
扩充比例度法整定数字PID控制器参数的步骤是：
（1）预选择一个足够短的采样周期TS。
一般说TS应小于受控对象纯延迟时间的十分之一。
（2）用选定的TS使系统工作。
这时去掉积分作用和微分作用，将控制选择为纯比例控制器，构成闭环运行。
逐渐减小比例度，即加大比例放大系数KP，直至系统对输入的阶跃信号的响应出现临界振荡（稳定边缘），将这时的比例放大系数记为Kr,临界振荡周期记为Tr。
（3）选择控制度。
控制度，就是以连续-时间PID控制器为基准，将数字PID控制效果与之相比较。
通常采用误差平方积分
作为控制效果的评价函数。
定义控制度
（3-25）
采样周期TS的长短会影响采样-数据控制系统的品质，同样是最佳整定，采样-数据控制系统的控制品质要低于连续-时间控制系统。
因而，控制度总是大于1的，而且控制度越大，相应的采样-数据控制系统的品质越差。
控制度的选择要从所设计的系统的控制品质要求出发。
（4）查表确定参数。
根据所选择的控制度，查表3一2，得出数字PID中相应的参数TS,KP,TI和TD。
（5）运行与修正。
将求得的各参数值加入PID控制器,闭环运行,观察控制效果,并作适当的调整以获得比较满意的效果。
{2}PID参数怎样调整最佳?
PID参数整定方法就是确定调节器的比例带PB、积分时间Ti和和微分时间Td。
一般可以通过理论计算来确定，但误差太大。
目前，应用最多的还是工程整定法：
如经验法、衰减曲线法、临界比例带法和反应曲线法。
各种方法的大体过程如下：
（1）经验法又叫现场凑试法，即先确定一个调节器的参数值PB和Ti，通过改变给定值对控制系统施加一个扰动，现场观察判断控制曲线形状。
若曲线不够理想，可改变PB或Ti，再画控制过程曲线，经反复凑试直到控制系统符合动态过程品质要求为止，这时的PB和Ti就是最佳值。
如果调节器是PID三作用式，那么要在整定好的PB和Ti的基础上加进微分作用。
由于微分作用有抵制偏差变化的能力，所以确定一个Td值后，可把整定好的PB和Ti值减小一点再进行现场凑试，直到PB、Ti和Td取得最佳值为止。
显然用经验法整定的参数是准确的。
但花时间较多。
为缩短整定时间，应注意以下几点：
①根据控制对象特性确定好初始的参数值PB、Ti和Td。
可参照在实际运行中的同类控制系统的参数值，或参照表3-4-1所给的参数值，使确定的初始参数尽量接近整定的理想值。
这样可大大减少现场凑试的次数。
②在凑试过程中，若发现被控量变化缓慢，不能尽快达到稳定值，这是由于PB过大或Ti过长引起的，但两者是有区别的：
PB过大，曲线漂浮较大，变化不规则，Ti过长，曲线带有振荡分量，接近给定值很缓慢。
这样可根据曲线形状来改变PB或Ti。
③PB过小，Ti过短，Td太长都会导致振荡衰减得慢，甚至不衰减，其区别是PB过小，振荡周期较短；Ti过短，振荡周期较长；Td太长，振荡周期最短。
④如果在整定过程中出现等幅振荡，并且通过改变调节器参数而不能消除这一现象时，可能是阀门定位器调校不准，调节阀传动部分有间隙（或调节阀尺寸过大）或控制对象受到等幅波动的干扰等，都会使被控量出现等幅振荡。
这时就不能只注意调节器参数的整定，而是要检查与调校其它仪表和环节。
（2）衰减曲线法是以4：
1衰减作为整定要求的，先切除调节器的积分和微分作用，用凑试法整定纯比例控制作用的比例带PB（比同时凑试二个或三个参数要简单得多），使之符合4：
1衰减比例的要求，记下此时的比例带PBs和振荡周期Ts。
如果加进积分和微分作用，可按表3-4-2给出经验公式进行计算。
若按这种方式整定的参数作适当的调整。
对有些控制对象，控制过程进行较快，难以从记录曲线上找出衰减比。
这时，只要被控量波动2次就能达到稳定状态，可近似认为是4：
1的衰减过程，其波动一次时间为Ts。
（3）临界比例带法，用临界比例带法整定调节器参数时，先要切除积分和微分作用，让控制系统以较大的比例带，在纯比例控制作用下运行，然后逐渐减小PB，每减小一次都要认真观察过程曲线，直到达到等幅振荡时，记下此时的比例带PBk（称为临界比例带）和波动周期Tk，然后按表3-4-3给出的经验公式求出调节器的参数值。
按该表算出参数值后，要把比例带放在比计算值稍大一点的值上，把Ti和Td放在计算值上，进行现场观察，如果比例带可以减小，再将PB放在计算值上。
这种方法简单，应用比较广泛。
但对PBk很小的控制系统不适用。
（4）反应曲线法，前三种整定调节器参数的方法，都是在预先不知道控制对象特性的情况下进行的。
如果知道控制对象的特性参数，即时间常数T、时间迟延ξ和放大系数K，则可按经验公式计算出调节器的参数。
利用这种方法整定的结果可达到衰减率φ=0.75的要求。
{3}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。
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。
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。
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
{4}首先调P参数，别的参数为零使得动态性能满足要求。
然后调I参数，使得稳态性能满足要求。
最后调D参数，是系统符合要求。
{5}我以前做过PID的现场调节，其实只要把PID的功能有个清晰的了解，就可以在具体的PID的调节上形成思路。
另外调节分为理论计算整定法和工程整定方法，你所说的现实中老师傅所用的方法一般成为工程整定方法，这个经验上还比较实用。
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-stateerror）。
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（SystemwithSteady-stateError）。
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。
PID是比例,积分,微分的缩写.
比例调节作用：
是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。
积分调节作用：
是使系统消除稳态误差,提高无差度。
因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。
积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。
反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。
积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。
微分调节作用：
微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。
因此,可以改善系统的动态性能。
在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。
微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。
此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。
微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。
现实中老师傅所用的方法一般成为工程整定方法，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。
在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。
对于温度系统：
P（%）20--60，I（分）3--10，D（分）0.5--3
对于流量系统：
P（%）40--100，I（分）0.1--1
对于压力系统：
P（%）30--70，I（分）0.4--3
对于液位系统：
P（%）20--80，I（分）1--5
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
先把微分作用取消掉,只保留PI,先调比例,再调积分,最后加上微分再调.
如果振荡过快,加大P.
如果振荡后过很久才稳定,减小P.减少积分时间.
如果振荡的周期太长,加大积分时间.
如果对调节对象变化反应过慢,增大D.
最后把波形调到只有一两个振荡就平稳了,就是最好的效果.
{7}
一.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
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-stateerror）。
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（SystemwithSteady-stateError）。
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。
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S0，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S0。
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,I=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
△U（k）=Ae（k）-Be（k-1）+Ce（k-2）
A=Kp（1+T/Ti+Td/T）
B=Kp（1+2Td/T）
C=KpTd/T
T采样周期Td微分时间Ti积分时间
用上面的算法可以构造自己的PID算法。
U（K）=U（K-1）+△U（K）
{8}PID参数的整定
PID控制器有4个主要的参数Kp、TI、TD和TS需整定，无论哪一个参数选择得不合适都会影响控制效果。
在整定参数时应把握住PID参数与系统动态、静态性能之间的关系。
在P（比例）、I（积分）、D（微分）这三种控制作用中，比例部分与误差信号在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。
比例系数Kp越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度越高；但是对于大多数系统，Kp过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。
积分作用与当前误差的大小和误差的历史情况都有关系，只要误差不为零，控制器的输出就会因积分作用而不断变化，一直要到误差消失，系统处于稳定状态时，积分部分才不再变化。
因此，积分部分可以消除稳态误差，提高控制精度，但是积分作用的动作缓慢，可能给系统的动态稳定性带来不良影响。
积分时间常数TI增大时，积分作用减弱，系统的动态性能（稳定性）可能有所改善，但是消除稳态误差的速度减慢。
微分部分是根据误差变化的速度，提前给出较大的调节作用。
微分部分反映了系统变化的趋势，它较比例调节更为及时，所以微分部分具有超前和预测的特点。
微分时间常数TD增大时，超调量减小，动态性能得到改善，但是抑制高频干扰的能力下降。
选取采样周期TS时，应使它远远小于系统阶跃响应的纯滞后时间或上升时间。
为使采样值能及时反映模拟量的变化，TS越小越好。
但是TS太小会增加CPU的运算工作量，相邻两次采样的差值几乎没有什么变化，所以也不宜将TS取得过小。
{9}比例调节作用：
是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。
积分调节作用：
是使系统消除稳态误差,提高无差度。
因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。
积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。
反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。
积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。
微分调节作用：
微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。
因此,可以改善系统的动态性能。
在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。
微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。
此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。
微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。
PID作用顺口溜
【比例】 【积分】 【微分】
比例调节器， 重定调节器， 说起微分器，
象个放大器。
累积有本领。
一点不神秘。
一个偏差来， 只要偏差在， 阶跃输入来，
放大送出去。
累积不停止。
输出跳上去，
放大是多少， 累积快与慢， 下降快与慢，
旋钮看仔细， 旋钮看仔细。
旋钮看仔细。
比例度旋大， 积分时间长， 微分时间长，
放大倍数低。
累积速度低。
下降就慢些。
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