PID控制器参数的整定

摘要：比例（Proportion）、积分(Intergral)、和微分(Differential)控制(以下简称PID控制)，是控制系统中应用最广泛的一种控制规律。实际运行经验及理论分析充分证明，这种控制规律在相当多的工业对象中，都能得到满意的控制效果。它是从事自动控制和电器传动领域的工程技术人员在模拟控制系统中最常使用的的一种方法。 关键词：比例、积分、微分、控制系统、整定 在工业控制中，目前应用最多的控制方法仍然是PID控制。但PID控制器的参数与系统所处的稳态工况有关。一旦工况改变了，控制器参数的“最佳”值也就随着改变，这就意味着需要适时地整定控制器的参数。但PID参数复杂繁琐的整定过程一直困扰着工程技术人员。因此研究PID参数整定技术具有十分重大的工程实践意义。本文对PID控制器参数的整定做以详细说明。 PID其控制图如下图所示。 在实时控制中，一般要求被控过程是稳定的，对给定量的变化能够迅速跟踪，超调量要小且有一定的抗干扰能力。一般要同时满足上述要求是很困难的，但必须满足主要指标，兼顾其它方面。参数的选择可以通过实验确定，也可以通过试凑法或者经验数据法得到。下面对以上方法进行详细地论述。 1用经验数据法确定PID控制器参数 PID控制器的参数整定不是唯一的，事实上比例、积分和微分三部分作用相互影响。从应用的角度看，只要被控对象主要指标达到设计要求即可。为此人们根据长期的实践经验发现，各种不同被控对象的PID的参数都是有一定的范围。这就给现场调试提供了一个基准。表1给出了几种常见被控量PID参数的经验数据，可供参考。 表1 几种常见被控量PID参数的经验数据 2用试凑法确定PID控制器参数 试凑法就是根据控制器各参数对系统性能的影响程度，边观察系统的运行，边修改参数，直到满意为止。 一般情况下，增大比例系数Kp会加快系统的响应速度，有利于减少静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡使稳定性变差。减小积分系数KI将减少积分作用，有利于减少超调使系统稳定，但系统消除静差的速度慢。增加微分系数KD有利于加快系统的响应，是超调减少，稳定性增加，但对干扰的抑制能力会减弱。在试凑时，一般可根据以上参数对控制过程的影响趋势，对参数实行先比例、后积分、再微分的步骤进行整定。 （1） 比例部分整定。首先将积分系数KI和微分系数KD取零，即取消微分和积分作用，采用纯比例控制。将比例系数Kp由小到大变化，观察系统的响应，直至速度快，且有一定范围的超调为止。如果系统静差在规定范围之内，且响应曲线已满足设计要求，那么只需用纯比例调节器即可。 （2） 积分部分整定。如果比例控制系统的静差达不到设计要求，这时可以加入积分作用。在整定时将积分系数KI由小逐渐增加，积分作用就逐渐增强，观察输出会发现，系统的静差会逐渐减少直至消除。反复试验几次，直到消除静差的速度满意为止。注意这时的超调量会比原来加大，应适当的降低一点比例系数KP。 （3） 微分部分整定。若使用比例积分（PI）控制器经反复调整仍达不到设计要求，或不稳定，这时应加入微分作用，整定时先将微分系数KD从零逐渐增加，观察超调量和稳定性，同时相应地微调比例系数KP、积分系数KI，逐步使凑，直到满意为止。 3扩充临界比例度法 这种方法适用于有自平衡的被控对象，是模拟系统中临界比例度法的扩充。其整定步骤如下： （1） 选择一个足够短的采样周期T。所谓足够段，就是采样周期小于对象的纯之后时间的1/10。 （2） 让系统作纯比例控制，并逐渐缩小比例度ð（ð=1/KP）是系统产生临界振荡。此时的比例度和振荡周期就是临界比例度ðK和临界振荡周期TK。 （3） 选定控制度。所谓控制，就是以模拟调节器为基准，将系统的控制效果与模拟调节器的控制效果相比较，其笔直即控制度。 表2位扩充临界比例度法的参数整定表。 这样四个参数的整定问题就简化为一个参数KP的整定问题了。改变KP，观察控制效果，直到满意为止，就可以确定KP值。 4结束语 以上三种参数整定的方法，供有关人工程技术人员在使用时借鉴参考。 5参考文献 1. 《微型计算机控制系统》.冶金工业出版社 2. 中国工控网 3. 中国自动化网 4. 《工业过程控制工程》.化学工业出版社 联系方式：姓名：杨铁峰 电话：13943113946 地址：吉林省长春市双阳区吉林亚泰水泥有限公司计控室 邮编：130617 电子信箱：tiefengyang@126.com 13943113946@jilmc.com.cn