PID参数整定教材(修改)
PID控制器参数自整定实验一
PID控制器参数自整定实验一、实验目的1．熟悉PID控制器参数的自整定法；2．学会利用MATLAB实现对控制器参数进行整定。
二、实验设备安装Windows系统和MATLAB软件的计算机一台。
三、实验内容任务一：某液位控制系统，在控制阀开度增加10%后，液位的响应数据如下：如果用具有延迟的一阶惯性环节近似，确定其参数K、T和 ，并根据这些参数整定PI控制器的参数，用仿真结果验证之。
，分别用动态特性参数法、稳任务二：已知被控对象的传递函数为G(s)=1(3s+1)5定边界法、衰减曲线法以及MATLAB的pidtune函数确定PID控制器参数，并用单位阶跃响应比较整定结果。
四、实验原理ID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。
五、实验步骤任务一step=0.5;t0=[0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100];h0=[0 0.8 2.8 4.5 5.4 5.9 6.1 6.2 6.3 6.3 6.3];t=0:step:max(t0);h=interp1(t0,h0,t,'spline');figure(1)plot(t0,h0,'r.',t,h,'b-');grid on;legend(('实验数据'),('平滑曲线'))l=length(h);for i=1:1:l-1dht(i)=(h(i+1)-h(i))/(t(i+1)-t(i));end[max_var,max_i]=max(dht);slop=max_var;t0=t(max_i);h0=h(max_i);fx=1:1:400;temp_i=0;for i=1:1:400temp_i=0;for i=1:1:400temp(i)=h0+slop*(i-t0);if(temp(i)>39.5)break;endif(i>2&&temp(i)>0&&temp(i-1)<0) temp_i=i;endendendfigure(2)t2=t;h2=h0+slop*(t2-t0);plot(t,h,t2,h2);tao=temp_i;T=length(temp)-tao;axis([1,400,0.1,39.5]);grid on任务二G = tf(1,[3 1].^5);Kp = 0.6*(1/15);Ki = 1.2*(1/15)/3;Kd = 0.075*(1/15)*3;C_PID_ZN = pid(Kp, Ki, Kd);T_PID_ZN = feedback(C_PID_ZN*G, 1);step(T_PID_ZN)稳定边界法（Chien-Hrones-Reswick）[Kp, Ti, Td] = pidtune(G,'P','C','I');C_PID_CHR = pid(Kp, Kp/Ti, Kp*Td);T_PID_CHR = feedback(C_PID_CHR*G, 1);step(T_PID_CHR)衰减曲线法（Lambda-Tuning）lambda = 0.5;K0 = dcgain(G)/(lambda*stdstep(G)*sqrt(2));Kc_LambdaTuning = K0/(1+sqrt(2)/lambda);tau_I_LambdaTuning = lambda*T;tau_D_LambdaTuning = T/(2*lambda);C_PID_LambdaTuning=pid(Kc_LambdaTuning,Kc_LambdaTuning/tau_I_LambdaTu ning,Kc_LambdaTuning*tau_D_LambdaTuning);T_PID_LambdaTuning=feedback(C_PID_LambdaTuning*G,1);step(T_PID_LambdaTuning)PIDs=PIDs_TUNER('G',G,'PIDTUNER');PIDs.Tune('ziegler-nichols');PIDs.Tune('Cohen-Coon');六、思考题1．根据系统的单位阶跃响应曲线，估计系统在PID控制时阶跃响应的超调量和过渡过程时间大约为多少？2．说明利用常用的PID整定方法，并比较其使用时对PID控制器参数自整定时的优缺点。
PID参数现场整定培训教材
PID参数现场整定培训教材1. PID调节器的适用范围PID调节控制是一个传统控制方法，它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有现场，不同的现场，仅仅是PID参数应设置不同，只要参数设置得当均可以达到很好的效果。
均可以达到0.1%，甚至更高的控制要求。
2. PID参数的意义和作用指标分析P、I、D：y=yP+yi+ yd2.1. P参数设置名称：比例带参数，单位为(%)。
比例作用定义：比例作用控制输出的大小与误差的大小成正比，当误差占量程的百分比达到P值时，比例作用的输出=100%，这P就定义为比例带参数。
即yp= ×100% = ×100% = Kp • Err (1)（其中：yP=KP•Δ、Δ=SP-PV，取0-100%）KP=1/（FS•P）也可以理解成，当误差达到量程乘以P(%)时，比例作用的输出达100%。
例：对于量程为0-1300℃的温控系统，当P设置为10%时，FS乘以P等于130℃，说明当误差达到130℃时，比例作用的输出等于100%，误差每变化1℃，比例作用输出变化0.79%，若需加大比例作用的调节能力，则需把P参数设置小些，或把量程设置小些。
具体多少可依据上述方法进行定量计算。
P=输出全开值/FS•100%P参数越小比例作用越强，动态响应越快，消除误差的能力越强。
但实际系统是有惯性的，控制输出变化后，实际PV值变化还需等待一段时间才会缓慢变化。
由于实际系统是有惯性的，比例作用不宜太强，比例作用太强会引起系统振荡不稳定。
P参数的大小应在以上定量计算的基础上根据系统响应情况，现场调试决定，通常将P参数由大向小调，以能达到最快响应又无超调(或无大的超调)为最佳参数。
2.2. I参数设置名称：积分时间，单位为秒。
积分作用定义：对某一恒定的误差进行积分，令其积分“I”秒后，其积分输出应与比例作用等同，这I就定义为积分时间。
即：Ki∫I O Errdt = Ki • I • Err = Kp • Err (2 )Ki = Kp /I (3 )yi = Ki ∫t o Err (t)dt (4 )为什么要引进积分作用呢？前面已经分析过，比例作用的输出与误差的大小成正比，误差越大，输出越大，误差越小，输出越小，误差为零，输出为零。
pid控制器参数整定设计
pid控制器参数整定设计1、1西华大学课程设计说明书11前言前言目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。
同时，掌握理论的进展也经受了古典掌握理论、现代掌握理论和智能掌握理论三个阶段。
智能掌握的典型实例是模糊全自动洗衣机等。
自动掌握系统可分为开环掌握系统和闭环掌握系统。
一个控掌握系统包括掌握器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。
掌握器的输出经过输出接口﹑执行机构，加到被控系统上；掌握系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到掌握器。
不同的掌握系统﹐其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。
比方压力掌握系统要采纳压力传感器。
电加热掌握系统的传感器是温度传感器。
目前，PID掌握及其掌握器或智能PID 掌握器〔仪表〕已经许多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，2、有各种各样的PID掌握器产品，各大公司均开发了具有PID 参数自整定功能的智能调整器(intelligentregulator)，其中PID掌握器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。
有利用PID掌握实现的压力、温度、流量、液位掌握器，能实现PID 掌握功能的可编程掌握器(PLC)，还有可实现PID掌握的PC系统等等。
可编程掌握器(PLC)是利用其闭环掌握模块来实现PID掌握，而可编程掌握器(PLC)可以直接与ControlNet相连。
还有可以实现PID掌握功能的掌握器，如Rockwell的Logix产品系列，可以直接与ControlNet相连，利用网络实现其远程掌握功能。
掌握系统的性能指标通常包括稳态和动态两个方面。
稳态性能指标是指系统的3、稳态误差，它表征系统的掌握精度。
动态性能指标表片系统瞬态响应的品质。
为使系统能同时满足动态和稳态性能指标的要求，就需要在系统中引入一个特地用于改善性能的附加装置，这个附加装置就是校正装置。
当掌握系的开环增益增大到满足其稳定性态性能所要求的数值时，系统有可能为不稳定，或者即使能稳定性定，其动态性能一般也不会满足设计要求，为此需要在系统的前向通首中加一个超前校正装置，以实如今开环增益不变的前提下，使系统的动态性能也能满足设计的要求。
PID参数调节原理和整定方法(1)
PID参数调节原理和整定方法
CS3000系统PID参数整定方法
增大比例系数P一般将加快系统的响应，在有静 差的情况下有利于减小静差，但是过大的比例系 数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳 定性变坏。
增大积分时间I有利于减小超调，减小振荡，使 系统的稳定性增加，但是系统静差消除时间变长。
因此希望优秀的工艺人员与用心的仪表人 员共同努力，共同提高我们国际化的大石 化自控率，同时也为减轻大家的劳动强度。
PID参数调节原理和整定方法
CS3000 仪表面板
位号
位号注释
功能块模式 测量值
位号标志 报警状态
设定值
输出值
输出指针 测量值棒状图
工程单位
测量值上限 报警设置 设定值指针
测量值下限
PID参数调节原理和整定方法
CS3000 仪表面板
输出值指针 设定值指针 功能块模式 报警状态 位号 位号注释 位号标志 测量值棒状图 测量值上下限 工程单位
P比例调节
P：比例调节
在P调节中，调节器的输出信号u与偏差信号e成比例， 即 u = Kc e （kc称为比例增益）
但在实际控制中习惯用增益的倒数表示 δ =1 / kc (δ称为比例带)
不同的DCS使用不同的参数作为P的调节参数，以CS3000 为例，选用δ 比例带为调节参数，单位％。可以理解为：
P：比例带；值越大，作用越弱。单 位：%
I：积分时间；值越大，作用越弱， 单位：分钟（m）
D：微分时间；值越大，作用越强， 单位：分钟（m）
PID参数含义均与CS3000一致，但要 注意积分和微分时间，为分钟。
手动/自动 切换
PID控制器设计与参数整定方法综述
PID控制器设计与参数整定方法综述一、本文概述本文旨在全面综述PID（比例-积分-微分）控制器的设计与参数整定方法。
PID控制器作为一种广泛应用的工业控制策略，其设计的优劣直接影响到控制系统的性能和稳定性。
因此，深入理解并掌握PID控制器的设计原则与参数整定方法，对于提高控制系统的性能具有非常重要的意义。
本文将首先介绍PID控制器的基本原理和组成结构，包括比例、积分和微分三个基本环节的作用和特点。
在此基础上，详细阐述PID控制器设计的一般步骤和方法，包括确定控制目标、选择控制算法、设定PID参数等。
本文还将重点介绍几种常用的PID参数整定方法，如Ziegler-Nichols法、Cohen-Coon法以及基于优化算法的参数整定方法等，并对这些方法的优缺点进行比较分析。
本文将结合具体的应用实例，展示PID控制器设计与参数整定方法在实际工程中的应用效果，以期为读者提供有益的参考和借鉴。
通过本文的阅读，读者将能够全面了解PID控制器的设计与参数整定方法，掌握其在实际应用中的技巧和注意事项，为提高控制系统的性能和稳定性提供有力的支持。
二、PID控制器的基本原理PID（比例-积分-微分）控制器是一种广泛应用于工业控制系统的基本控制策略。
它的基本工作原理是基于系统的误差信号（即期望输出与实际输出之间的差值）来调整系统的控制变量，以实现对系统的有效控制。
PID控制器的核心在于其通过调整比例、积分和微分三个环节的参数，即比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd，来优化系统的动态性能和稳态精度。
比例环节（P）根据误差信号的大小成比例地调整控制变量，从而直接减少误差。
积分环节（I）则是对误差信号进行积分，以消除系统的静态误差，提高系统的稳态精度。
微分环节（D）则根据误差信号的变化趋势进行预测，提前调整控制变量，以改善系统的动态性能，抑制过冲和振荡。
PID控制器的这三个环节可以单独使用，也可以组合使用，以满足不同系统的控制需求。
离散PIDPID参数整定
U(s)
其离散位置式算式： U(k) aU(k-1) (1 a)U(k)
其中： a Tf T0 Tf
k
U(k) kce(k) ki e(i) k0[e(k) e(k-1)] i0
其离散增量式等式 U(k) aU(k - 1) (1 a)U(k)
其中： U(k) k ce(k 1) k ie(k) k D[e(k) 2e(k - 1) e(k - 2)]
液体压力：调节近似流量调节 蒸汽压力：调节近似温度调节 温度系统：存在传递滞后和较大的时间常数，所以引入微分作用 注意:这种按照受控变量类型来选择控制器参数的做法，都是对 典型的过程特性而言的。
表1－4 经验法整定参数的参考范围
系统
温度 流量 压力 液位
比例度 20～60 40～100 30～70 20～80
exp( / 1 2 ) 1/ n
n exp(2 / 1 2 ) 1/ n
9、对不稳定系统，Kc越小则越稳定
一、经验凑试法：
按照人们长期从事过程控制的经验来调整控制器参数 流量系统：宜用PI控制，往往需要精确控制 液位系统：宜用纯比例，比例度要大 压力系统：液体压力，气体压力，蒸汽压力
参数
Ti min 3～10 0.1～1 0.4～3
Td min 0.5～3
整定步骤： （1）纯比例下调出4：1衰减振荡 （2）如需消除余差，则适当增加比例度，引入积分作用 （3）如需要再加入微分：允许适当减小比例度和积分时 间 不同参数对过渡过程曲线的影响： （1）比例度过小、积分时间过小、微分时间过大所引起 的振荡的区别
Ui (k)
ki e(k )
U i
(k)
ki
e(k )
e(k 2
PID参数设置及调节方法
P I D参数设置及调节方法(总5页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除PID参数设置及调节方法方法一: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。
PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中参数经验数据以下可参照：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。
我在手册上查到的，并已实际的测试过，方便且比较准确应用于传统的PID1。
首先将I，D设置为0，即只用纯比例控制，最好是有曲线图，调整P值在控制范围内成临界振荡状态。
记录下临界振荡的同期Ts2。
将Kp值=纯比例时的P值3。
如果控制精度=%，则设置Ti= ；Td= ；T=控制精度=%，则设置Ti= ；Td= ；T=控制精度=%，则设置Ti= ；Td= ；T=朋友，你试一下，应该不错，而且调试时间大大缩短我认为问题是，再加长积分时间，再减小放大倍数。
获得的是1000rpm以上的稳定，牺牲的是系统突加给定以后系统调节的快速性，根据兼顾原则，自己掌握调节指标吧。
方法二:1．PID调试一般原则a.在输出不振荡时，增大比例增益P。
b.在输出不振荡时，减小积分时间常数Ti。
c.在输出不振荡时，增大微分时间常数Td。
2．一般步骤a.确定比例增益P确定比例增益P 时，首先去掉PID的积分项和微分项，一般是令Ti=0、Td=0（具体见PID的参数设定说明），使PID为纯比例调节。
输入设定为系统允许的最大值的60%~70%，由0逐渐加大比例增益P，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例增益P逐渐减小，直至系统振荡消失，记录此时的比例增益P，设定PID的比例增益P为当前值的60%~70%。
PID参数整定(精)
2
4 PID调节原理 动态特性参数法：
若广义被控对象的阶跃响应可用一阶惯性环节 加纯延迟来近似
G ( s) K e s Ts 1
则做实验得对象参数 K , T , 再根据Z—N调节器参数整定公式求取PID参数：
u 1 (e 1 t de edt T ) 0 D TI dt
22
4 PID调节原理
4.7.2 PID参数的工程整定方法
动态特性参数法 稳定边界法 衰减曲线法
1 u (e TI 1 de 0 edt TD dt )
t
1
4 PID调节原理 4.7.2.1 动态特性参数法 背景：1942年由齐格勒(Ziegler)和尼科 尔斯(Nichols)首先提出。 使用方法的前提是，广义被控对象的阶跃 响应可用一阶惯性环节加纯延迟来近似。
2
(4.35)
3）比例积分微分调节器
K P K 1.35( / T ) 1 0.27 TI / T [2.5( / T ) 0.5( / T ) 2 ] /{1 0.6( / T )] TD / T 0.37( / T ) /[1 0.2( / T )] (4.36)
柯恩(Cohen)-库恩(Coon)整定公式
1）比例调节器
K P K ( / T ) 1 0.333 (4.34)
2）比例积分调节器
K P K 0.9( / T ) 1 0.082 TI / T [3.33( / T ) 0.3( / T ) ] /{1 2.2( / T )]
实际确定T时应考虑的因素：
给定值的变化频率 被控对象的特性 执行机构的类型 n 控制的回路数 T Tj
PID参数的整定
PID参数的整定在自动控制系统中，pidt调节是比例调节，积分调节和微分调节作用。
调节控制质量的好坏取决于控制规律的合理选取和参数的整定。
在控制系统中总是希望被控参数稳定在工艺要求的范围内。
但在实际中被控参数总是与设定值有一定的差别。
工程上把被控参数的测量值与设定值之差称为偏差。
Pid规律与偏差有一定的关系概括如下：1. 比例作用：比例控制作用的输出与偏差值成正比。
比例调节器象个放大器。
偏差信号来放大送出去，比例度旋大，放大倍数低。
比例控制的特点是及时，主要有偏差调节器就有输出，比例调节的缺点是作用后一偏差。
2. 积分作用：积分控制作用的输出变化速度与偏差信号的值成正比。
积分控制器，累积有能力，只要偏差在，作用不停息。
积分时间长，积分作用低。
积分的特点是消除余差。
积分作用进入后会使调节速度变慢。
3. 微分控制作用：微分控制作用的输出与偏差值的变化速度成正比。
微分调节器，超前有能力，阶跃信号来输出跳上去，微分时间长下降就慢些。
微分作用与偏差的变化速度有关，有偏差存在不变化调节器不工作。
微分一超前调节作用，。
微分调节器不能单独使用。
4. 调节规律的选取：调节规律求有效，迅速克服干扰。
比例调节简单，控制及时，参数整定方便，控制结果有余差。
因此，比例控制规律适应于对象容量大，负荷变化不大纯滞后小，允许有余差存在的系统，一般塔釜液位，罐槽液位及次要压力控制。
比例积分控制作用：比例及时加上积分可以消除偏差。
积分会使控制速度变慢，系统稳定性变差。
比例积分适应于对象滞后大，负荷变化较大，但变化速度缓慢并要求控制结果没有余差。
广泛使用于流量，压力，液位和那些没有大的时间滞后的具体对象。
比例微分控制作用：响应快偏差小，能增加系统稳定性，有超前控制作用。
可以克服对象的惯性，控制结果一余差。
适应于对象滞后大，负荷变化不大，被控对象变化不频繁，结果允许一余差的系统。
比例积分微分控制作用：控制质量高，无余差。
参数整定教麻烦。
PID控制器的参数整定(经验总结)
PID控制器的参数整定(1)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。
(2) PID具体调节方法①方法一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。
在选择数字PID参数之前，首先应该确定控制器结构。
对允许有静差（或稳态误差）的系统，可以适当选择P或PD控制器，使稳态误差在允许的范围内。
对必须消除稳态误差的系统，应选择包含积分控制的PI或PID控制器。
一般来说，PI、PID和P控制器应用较多。
对于有滞后的对象,往往都加入微分控制。
选择参数控制器结构确定后，即可开始选择参数。
参数的选择，要根据受控对象的具体特性和对控制系统的性能要求进行。
工程上，一般要求整个闭环系统是稳定的，对给定量的变化能迅速响应并平滑跟踪，超调量小；在不同干扰作用下，能保证被控量在给定值；当环境参数发生变化时，整个系统能保持稳定，等等。
PID控制器参数的整定(新)
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，PID工作基理：由于来自外界的各种扰动不断产生，要想达到现场控制对象值保持恒定的目的，控制作用就必须不断的进行。
若扰动出现使得现场控制对象值(以下简称被控参数)发生变化，现场检测元件就会将这种变化记录并传送给PID控制器，改变过程变量值(以下简称PV值)，经变送器送至PID 控制器的输入端，并与其给定值(以下简称SP值)进行比较得到偏差值(以下简称e值)，调节器按此偏差并以我们预先设定的整定参数控制规律发出控制信号，去改变调节器的输出指令，从而使现场控制对象值发生改变，并趋向于给定值(SP值)，以达到控制目的。
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。
一、P ID参数对输出响应的作用下面以PID输入E（k）的阶跃变化，描述K、Ti、Td、Kd参数在PID运算中的作用，适当地修改各参数的数值，可以获得不同的控制特性，满足不同的控制要求，从而完成PID 参数的整定。
PID控制参数整定
比例作用（P)
比例作用： 弱->强 调节速度： 超调量： 阻尼： 余差： 控制精度： 振荡程度： 稳定性： 慢->快 小->大 大->小 大->小 低->高 低->高 好->坏
精度-稳定性的矛盾，有余差
积分作用（I）
消除余差 一般与比例共同作用 相位滞后，降低稳定性
积分作用（I）
积分作用：弱->强 阻尼： 振荡程度： 稳定性： 大->小 低->高
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（二）PID参数整定经典方法
(1)响应曲线法 (2)临界振荡法 (3)衰减振荡法 (4)继电器自整定法
(1)响应曲线法
阶跃响应
(1)响应曲线法
(2)临界振荡法
1942年提出，也称Ziegler-Nichols法 步骤： 1 采用纯比例控制 2 逐渐增强比例作用 3 达到等幅振荡，记录当前比例Kcmax、振荡周期Pu
(2)临界振荡法
(2)临界振荡法
局限： 现场往往允许出现等幅振荡 一阶系统比例控制不会出现振荡
(3)衰减振荡法
在纯比例控制下，达到4：1衰减振荡
(4)继电器自整定法
调节器 ysp ＋ － 继电器 A T S 对象
D y
(4)继电器自整定法
步骤： （1）从控制器控制切换为继电器控制 （2）根据非线性控制理论，继电器特性可能会产生极限 环，表现为等幅振荡。 （3）记录临界振荡频率、临界增益 （4）根据Ziegler-Nichols法得到PID参数
根据实际情况，灵活选取整定方法 整定方法得到的是PID参数的参考值 为得到更好的控制效果，应根据实际曲线进行细调 整定计算方法都在标准PID算式基础上
控制回路PID参数整定方法(精)
H o n e y w e l l D C S控制回路P I D参数整定方法鉴于目前一联合装置仪表回路自控率比较低，大部分的回路都是手动操作，这样不但增加了操作员的工作量，而且对产品质量也有一定的影响，特编制了此PID参数整定方法。
一、修改PID参数必须有“SUPPERVISOR”及以上权限权限，用键盘钥匙可以切换权限，钥匙已送交一联合主任陈胜手中；二、打开要修改的控制回路细目画面，翻到下图所示的页面，修改PID控制回路整定的三个参数K，T1，T2；三、PID参数代表的含义K：比例增益（放大倍数），范围为0.0～240.0；T1：积分时间，范围为0.0～1440.0，单位为分钟，0.0代表没有积分作用；T2：微分时间，范围为0.0～1440.0，单位为分钟，0.0代表没有微分作用。
四、PID参数的作用（1）比例调节的特点：1、调节作用快，系统一出现偏差，调节器立即将偏差放大K倍输出； 2、系统存在余差。
K越小，过渡过程越平稳，但余差越大；K增大，余差将减小，但是不能完全消除余差，只能起到粗调作用，但是K过大，过渡过程易振荡，K太大时，就可能出现发散振荡。
（2）积分调节的特点：积分调节作用的输出变化与输入偏差的积分成正比，积分作用能消除余差，但降低了系统的稳定性，T1由大变小时，积分作用由弱到强，消除余差的能力由弱到强，只有消除偏差，输出才停止变化。
（3）微分调节的特点：微分调节的输出是与被调量的变化率成正比，在引入微分作用后能全面提高控制质量，但是微分作用太强，会引起控制阀时而全开时而全关，因此不能把T2取的太大，当T2由小到大变化时，微分作用由弱到强，对容量滞后有明显的作用，但是对纯滞后没有效果。
五、如果要知道控制回路的作用方式，可以进入控制回路的细目画面，进入下图所示页面：其中“CTLACTN”代表控制器作用方式，“REVERSE”表示反作用，“DIRECT”代表正作用。
六、控制器的选择方法（1）P控制器的选择：它适用于控制通道滞后较小，负荷变化不大，允许被控量在一定范围内变化的系统；（2）PI控制器的选择：它适用于滞后较小，负荷变化不大，被控量不允许有余差的控制系统；（3）PID控制器的选择：它适用于负荷变化大，容量滞后较大，控制质量要求又很高的控制系统，比如温度控制系统。
PID控制器的参数整定及优化设计
PID控制器的参数整定及优化设计摘要PID控制器由于算法很简单、鲁棒性高，可靠性能好，被人们广泛应用于工业控制的各个过程中，在我们实际的生产过程中往往有线性、以及我们通常说的时变不确定性，很难建立精确的数学模型，常规DE PID控制器通常不能达到理想的控制效果。
针对这些问题，长期以来人们一直在寻求PID控制器参数的自整定的技术，以适应复杂和高指标的控制要求。
由于PID控制器存在着各种各样的优点但是又有着许多令人头疼的缺点，例如存在着参数的鲁棒性整定较为困难的问题，许多专家开始寻求一些优化算法来警醒PID参数的寻优，例如，自适应智能控制技术方法、神经网络方法以及遗传算法等。
传统的遗传算法在理论上已形成了一套较为完善的算法体系并在许多问题中都有了成功的应用，本文采用遗传算法进行PID参数的整定和优化，这是一种寻求全局最优的优化方法，无需目标函数微分。
关键词：遗传算法；参数；优化The PID controller parameter setting and optimization ABSTRACTPID controller because algorithm is simple, high robustness, good and reliable performance, is widely used in industrial control of each process, in our actual production process is often linear, and time-varying uncertainty, we usually say that it is difficult to establish accurate mathematical model of conventional DE PID controller oftencan't achieve ideal control effect. To solve these problems, it has longbeen seeking self-tuning technology of PID controller parameters, to adapt to the complex and high index of control requirements.Because PID controller there are all sorts of advantages but also has many troublesome shortcomings, such as robustness of parameters for there is a relatively difficult problem, many experts began to seek some optimization algorithm to realize the optimization of PID parameters,for example, the adaptive intelligent control method, neural network and genetic algorithm. Traditional genetic algorithm, in theory, has formed a set of relatively perfect algorithm system and have successful applications in many problems, this paper USES the genetic algorithm of PID parameter setting and optimization, this is a kind of to seek the global optimal optimization method, the objective function without differential.Key words: genetic algorithm; Parameters; optimization目录１引言 12 PID控制概述 32.1 PID控制原理 32.1.１模拟PID控制器 32.1.2 数字PID控制器 42.2 PID参数整定方法概述 53 基于遗传算法的PID控制器的优化 63.1 遗传算法摘要 63.1.1 遗传算法的产生与发展 63.1.2 遗传算法的应用情况 73.2 遗传算法基本原理 83.2.1 遗传算法的基本思想 83.2.2 遗传算法的基本操作 83.2.3 本文采取的遗传算法 93.3 基于遗传算法的PID控制器参数优化 103.3.1 单回路控制器参数优化 113.3.2 各种仿真优化方法比较即仿真实验 143.4 本章小结 154 总结 17参考文献 18致谢 191 引言随着控制系统的复杂化程度增加，对控制系统的要求越来越高,早期工业控制中被控对象大多数据有以下特点：（1）系统存在大时滞，包括测量之后、过程延迟和传输时滞，当时滞较大的时候系统特别容易不稳定。
《PID参数整定方法》(20100122)
积分时间减小
2019/10/25
7
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。
微分时间Td 微增分强作，用稳增定强性（得即到加Td 强微分，时但间增对大高）频，噪可声使起系放统大的作超用前，作主用要
适合于特性滞后较大的广义对象，如温度对象等。
2019/10/25
11
工业PID控制器的选择
被控参数 控制器 备注 温度/成分 PID *1 流量/压力 PI 液位/料位 P
*1、当工业对象具有较大
PID参数整定方法
PID调节广泛应用
工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重 要标志。
至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器，若改 进型包含在内则超过90%)。
控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和 智能控制理论三个阶段。
自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
出现超调振荡满足工艺要求为最佳。
PID参数整定教材(修改)
PID参数的工程整定方法培训教材2005年12月20日目录第一节基本控制规律及其作用效果 (1)第二节实用的控制规律 (2)第三节PID参数的工程整定方法 (3)第四节复杂调节系统的参数整定 (8)附录一各厂家DCS系统PID相关数据统计 (8)附录二相关的名词解释 (9)第一节 基本控制规律及其作用效果在工业生产过程控制中，常用的基本调节规律大致可分为： 1 位式调节也就是常说的开/关式调节，它的动作规律是当被控变量偏离给定值时，调节器的输出不是最大就是最小，从而使执行器全开或全关。
在实际应用中，常用于机组油箱恒温控制、水塔以及一些储罐的液位控制等。
在实施时， 只要选用带上、下限接点的检测仪表、位式调节器或PLC 、再配一些继电器、电磁阀、执行器、磁力起动器等即可构成位式控制系统。
因此，位式控制的过渡过程必然是一个持续振荡的过程。
如图0所示。
参 调 被tC0h图0 位式控制的过渡过程2 比例调节它依据“偏差的大小”来动作。
它的输出与输入偏差的大小成比例，调节及时，有力，但是有余差。
用比例度δ来表示其作用的强弱，用%表示。
例如比例度60%，即表示当偏差为量程的60%时，输出变化值为量程的100%。
δ越小，调节作用越强，调节作用太强时，会引起振荡。
比例调节作用适用于负荷变化小，对象纯滞后不大，时间常数较大而又允许有余差的控制系统中，常用于塔和储罐的液位控制以及一些要求不高的压力控制中。
使用时应注意，当负荷变化幅度较大时，为了平衡负荷变化所需的调节阀开度变化也将较大，待稳定后，被控变量的余差就可能较大。
比例控制规律的动态方程为：（t ）=Kp e （t ）=1δe （t ）其中：y （t ）—— 输出变化量。
e （t ）—— 输入变化量。
Kp —— 比例增益。
δ —— 比例度，它是Kp 的倒数。
3 积分调节它依据“偏差是否存在”来动作。
它的输出与偏差对时间的积分成比例，只有当余差完全消失，积分作用才停止。
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参
调
被给定值
t
1
T′s
10
图4 10：1衰减曲线示意图
表
表表
表3 10：
：：
：1衰减曲线法数据表
衰减曲线法数据表衰减曲线法数据表
衰减曲线法数据表
调节作用 比例度δ（%） 积分时间Ti（分） 微分时间Td（分）
1
Tis
+Tds）=
1
δ Байду номын сангаас
（1+
1
Tis
+Tds）0102030405060708090100110120
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
时 间 （秒）数
参
调
被1
2
3
4
5 图
定干扰，否则得不到正确得 δs、Ts、或δ＇s
和T＇s值。
3）、对于反应快的系统，如流量、管道压力 （a）
和小容量的液位调节等，要在记录纸上严格得到
4：1衰减曲线较困难，一般以被调参数来回波动
1 各种调节规律比较
1—比例微分作用；2—比例积分微分作用；3—比例作用； 4
4—比例积分作用；5—积分作用；
第三节
第三节第三节
第三节 PID参数的工程整定方法
参数的工程整定方法参数的工程整定方法
参数的工程整定方法
调节器参数的整定，是自动调节系统中相当重要的一个问题。在调节方案已经确定，仪
系统混同起来，错当成不能投入自动的系统。另外，对第一类系统来说也有使调节质量进一
步完善的要求。
因此，我们应当重视调节器参数整定的工作，而不要片面地看问题。
参数整定的方法很多，我们只介绍几种工程上最常用的方法。
1 临界比例度法
临界比例度法临界比例度法
临界比例度法
这是目前使用较广的一种方法，具体作法如下：
2 第一节
第一节第一节
第一节
基本控制规律及其作用效果
基本控制规律及其作用效果基本控制规律及其作用效果
基本控制规律及其作用效果 在工业生产过程控制中，常用的基本调节规律大致可分为：
PID
参数的工程整定方法培训教材
参数的工程整定方法培训教材参数的工程整定方法培训教材
参数的工程整定方法培训教材
2005
年
年年
年12月
月月
月20日
日日
日
参
调
被 5图2 临界振荡示意图
表
表表
表1 临界比例度法数据表
临界比例度法数据表临界比例度法数据表
临界比例度法数据表
调节作用 比例度δ（%） 积分时间Ti（分） 微分时间Td（分）
比例 2δk
比例积分 2.2δk
0.85Tk
积分作用太强时，也会引起振荡。积分控制规律的动态方程为： y（t）=
1
TI∫e（t）dt 3其中：TI —— 积分时间。
4 微分调节
微分调节微分调节
微分调节
它依据“偏差变化速度”来动作。它的输出与输入偏差变化的速度成比例，其实质和效
果是阻止被调参数的一切变化，有超前调节的作用。对滞后较大的对象有很好的效果。使调
实用的控制规律实用的控制规律
实用的控制规律
由于位式调节及易引起振荡，所以除特定场合外，一般应用较少，使用较多的是比例、
积分、微分调节作用。但实际上单纯使用比例、积分、微分作用的场合也较少，最多使用的
是三种调节规律的组合。组合后的调节规律由图1所示，PID三作用调节质量最好、PI次之，
一种看法是过分强调了参数整定的作用，把调节器参数整定看作自动化理论的核心，这
当然是错误的。因为调节器参数只能在一定范围内起作用，如果方案不合理，工况改变、或
属于仪表和调节阀故障，则不论怎样去调整比例度，积分时间和微分时间，仍然达不到预定
的调节质量要求。同时，调节器参数在目前很难单纯依靠计算的方法来求取，因为计算法要
3 积分调节
积分调节积分调节
积分调节
它依据“偏差是否存在”来动作。它的输出与偏差对时间的积分成比例，只有当余差完
全消失，积分作用才停止。其实质就是消除余差。但积分作用使最大动偏差增大，延长了调
节时间。用积分时间Ti表示其作用的强弱，单位用分（或秒）表示。Ti越小，积分作用越强，
会儿熄火，一会儿烟囱浓烟直冲。
2）、工艺上约束条件较严格时，因为这时候如达到等幅振荡，将影响生产的安全运行。
2 衰减曲线法
衰减曲线法衰减曲线法
衰减曲线法
临界比例度法是要系统等幅振荡，还要多次试凑，而用衰减曲线法较简单，一般又有两
种方法。
（1）、4：1衰减曲线法
1 位式调节
位式调节位式调节
位式调节
也就是常说的开/关式调节，它的动作规律是当被控变量偏离给定值时，调节器的输出不
是最大就是最小，从而使执行器全开或全关。在实际应用中，常用于机组油箱恒温控制、水
塔以及一些储罐的液位控制等。在实施时，
只要选用带上、下限接点的检测仪表、位式调节器或PLC、再配一些继电器、电磁阀、
积分最差因此很少单用。其中：
PI作用的传递函数为
作用的传递函数为作用的传递函数为
作用的传递函数为：
：：
： GPI（s）=
Kp（1+
1
Tis
）=
1
δ
（1+
1
Tis
）
注意：δTi即为积分控制规律的动态方程中TI。
PD作用的传递函数为
图3 4：1衰减调节过程曲线
表
表表
表2 4：
：：
：1衰减曲线法数据表
衰减曲线法数据表衰减曲线法数据表
衰减曲线法数据表
调节作用 比例度δ（%） 积分时间Ti（分） 微分时间Td（分）
比例 δs
比例积分 1.2δs
0.5Ts
比例 δ＇s
比例积分 1.2δ＇s ２Ｔ＇Ｓ
比例积分微分 0.8δ＇s １.２Ｔ＇ｓ ０.４Ｔ＇ｓ
采用衰减曲线法必须注意几点：
1）、加给定干扰不能太大，要根据生产操作
要求来定，一般在5%左右，也有例外的情况。
2）、必须在工艺参数稳定的情况下才能加给
比例积分微分 0.8δs
0.3Ts 0.1Ts
（2）、10：1衰减曲线法
有的过程，4：1衰减仍嫌振荡过强，可采用10：1衰减曲线法。方法同上，得到10：1
衰减曲线，记下此时的比例度δ＇s和上升时间T＇s，再按表3的经验公式来确定PID的数
值。衰减曲线如图4所示。 6时间数
遇到两个很大的困难，一是缺乏足够的对象动态特性资料，实验测试也不容易，二是计算方
法繁琐，工作量大，而且对象往往有非线性或改变工艺参数的情况，所以化了不少力气算出
来的结果仍不可靠。
另一种看法是过分地贬低参数整定的作用，我们会遇到三类不同的系统情况。第一类是
较容易调节的系统：比例度、积分时间和微分时间可以放在很宽的范围，调节质量都能满足。
执行器、磁力起动器等即可构成位式控制系统。因此，位式控制的过渡过程必然是一个持续
振荡的过程。如图0所示。
数
参
调
被t
C
0
h
图0 位式控制的过渡过程
2 比例调节
比例调节比例调节
比例调节
它依据“偏差的大小”来动作。它的输出与输入偏差的大小成比例，调节及时，有力，
使系统处于纯比例作用下，在达到稳定时，用改变给定值的办法加入阶跃干扰，观察记
录曲线的衰减比，然后逐渐从大到小改变比例度，使出现4：1的衰减比为止，如图3所示。
记下此时的比例度δs。再按表2的经验公式来确定PID数值。 时间数
参
调
被给定值
t
Ts
4
1
当负荷变化幅度较大时，为了平衡负荷变化所需的调节阀开度变化也将较大，待稳定后，被
控变量的余差就可能较大。比例控制规律的动态方程为： y（t）=Kp e（t）=
1
δ
e（t）
其中：y（t）—— 输出变化量。
e（t）—— 输入变化量。
Kp —— 比例增益。
δ —— 比例度，它是Kp的倒数。
第二类是方案选择不当的系统，不论怎样去整定参数，系统仍不能良好的运行。如果只看到
以上两种情况，是会产生不必重视调节器参数整定的错觉。实际上有相当多数量的系统介于
这两种极端情况之间，这可以说是第三类的系统，它们在整定参数选择得当的时候，可以运
行得很好，反之，在整定参数不合适时，调节质量就达不到要求。我们不要将它们与第二类
节过程动偏差减少，余差也减少（但不能消除）。用微分时间Td表示作用的强弱，单位用分
（或秒）表示。Td大，作用强，Td太大，会引起振荡。微分控制规律的动态方程为： y（t）=
TD
d e（t）
dt
其中：TD —— 微分时间。 第二节
第二节第二节
第二节 实用的控制规律
表及调节阀等已经选定并已装好之后，调节对象的特性也就确定了，调节系统的品质就主要
决定于调节器参数的整定。因此，调节器参数整定的任务，就是对已选定的调节系统，求得
最好的调节质量时调节器的参数值，即所谓求取调节器的最佳值，具体讲就是确定最合适的