PID控制器参数自整定方法综述(1)
PID控制器的参数整定
PID控制器的参数整定PID控制器是一种常用的闭环控制器，可以根据系统的输入和输出之间的误差来调整控制器的参数，从而实现对系统的稳定控制。
PID控制器的参数整定是指确定控制器的比例系数Kp、积分时间Ti和微分时间Td的过程。
下面将详细介绍PID控制器的参数整定方法和相关的考虑因素。
一、参数整定方法：1.经验整定法：根据经验将控制器的参数进行初步设定。
经验整定法通常通过试验或先验知识来确定参数，根据具体的应用场景不断调整，以达到较好的控制效果。
该方法常用与简单的控制系统或者无法获得系统数学模型的情况下。
2. Ziegler-Nichols整定法：Ziegler-Nichols整定法是一种基于试验的整定方法。
该方法首先暂时关闭积分和微分控制，只调整比例控制系数Kp，使系统达到临界稳定状态。
然后测量临界增益Ku和临界周期Pu，根据不同类型的控制系统（比例型、积分型和微分型），采用不同的参数整定公式确定Kp、Ti和Td的初始值，再根据系统的实际响应实时调整。
3. Ziegler-Nichols改进整定法（Chien-Hrones-Reswich法）：该方法是对Ziegler-Nichols整定法的改进，可以更精确地测定控制器参数。
该方法同样通过测量系统的临界增益Ku和临界周期Pu，但是对参数的计算公式进行了修正，提高了参数整定的准确性。
4. 极点配置法（Pole Placement）：极点配置法是一种基于系统数学模型的整定方法。
通过分析系统的传递函数，确定控制器的极点位置，从而使系统的闭环响应满足所需的性能指标。
该方法需要对系统的数学模型有较详细的了解，适用于相对复杂的控制系统。
5.自整定法：自整定法是一种自动寻优的整定方法，常用于智能控制器中。
该方法通过观察系统的动态性能，通过迭代寻找最优的参数组合。
自整定法通常采用优化算法（如遗传算法、粒子群算法等）来最优参数，在一定的性能和收敛速度之间进行权衡。
二、参数整定的考虑因素：1.系统的稳定性：控制器的参数整定应确保系统的闭环响应稳定。
PID 控制器参数整定方法综述
渡过程时间, ts0 为参数 x 下系统过渡过程时间, 此时
往往有约束条件 H (x ) =
(M
0 p
-
M p ) 2 为最小,M p
为指定超调量,M
0 p
为参数 x
下系统超调量;
还有指
定衰减率型的目标函数: Q (x ) = (7 0 - 7 ) 2, 7 为
要求衰减率, 7 0 为参数 x 下系统的衰减率。另一类
非参数模型辨识方法 (亦称经典辨识方法) 获得 的模型是对象的非参数模型, 即对象的阶跃响应、脉 冲响应、频率响应等, 其表现形式是以时间或频率为 自变量的实验曲线。这种方法在假定过程是线性的 前提下, 不必事先确定模型的具体结构, 因而可适用 于任意复杂的过程。其所得的非参数模型经适当的 数学处理, 可转变为参数模型——传递函数形式, 而 后应用适当的整定方法或计算公式可得控制器参 数。
基于被控过程对象参数辨识的整定方法是利用 辨识算法得出对象的数学模型, 在此基础上用整定 算法对控制器参数进行整定。在这类方法中, 不同的 辨识方法和整定算法的组合将形成不同的整定方
案。常用的辨识方法有参数模型辨识方法和非参数 模型辨识方法。
对象参数模型辨识方法 (亦称现代的辨识方法) 是在假定一种模型结构的基础上, 通过极小化模型 与过程之间的误差准则函数来确定模型的参数, 比 较常用的方法有最小二乘法、梯度校正法、极大似然 法。若模型结构无法事先确定, 则必须利用结构辨识 方法先确定模型的结构参数 (如阶次、纯迟延等)。在 辨识得到对象的参数模型后, 可用的参数整定方法 有: 极 点 配 置 整 定 法, 相 消 原 理 法, 内 模 控 制 法 ( IM C) , 增益、相角裕量法 (GPM ) , 基于二次型性能 指标 ( ITA E IT E ISE ) 的参数优化方法。这类方法 对特性分明的被控对象的控制参数整定是十分有效 的, 但这种方法比较复杂, 要得到精确的数学模型, 需要较复杂的试验手段和数学手段, 并且这种方法 对被控过程模型有较强的限制, 因而对不能或难以 用精确数学模型描述的复杂过程难以奏效, 这也是 目前阻碍这类方法广泛应用的主要原因之一。
pid参数自动整定方法
PID参数自动整定方法1. 简介PID（Proportional-Integral-Derivative）是一种常用的控制算法，广泛应用于工业自动化系统中。
PID控制器通过对控制对象的测量值与设定值之间的偏差进行分析，根据比例、积分和微分三个参数来调节输出信号，使得系统能够快速、准确地达到设定值。
PID参数的选择对于控制系统的性能至关重要。
传统的手动整定方法需要经验丰富的工程师进行调试，耗时耗力且容易出错。
因此，自动整定方法应运而生。
本文将介绍几种常见的PID参数自动整定方法，并对其原理和优缺点进行详细讲解。
2. 常见的PID参数自动整定方法2.1 Ziegler-Nichols 方法Ziegler-Nichols 方法是最早提出的一种PID参数整定方法。
该方法通过实验确定系统的临界增益和临界周期，并根据这些数据计算出合适的PID参数。
具体步骤如下：1.将比例增益（Kp）设置为零。
2.逐渐增加比例增益（Kp），直到系统出现持续振荡。
3.记录下持续振荡时的比例增益（Ku）和周期（Tu）。
4.根据以下公式计算PID参数：–比例参数（Kp）：0.6 * Ku–积分参数（Ki）：1.2 * Ku / Tu–微分参数（Kd）：0.075 * Ku * TuZiegler-Nichols 方法的优点是简单易行，只需要进行一次实验即可确定PID参数。
然而，该方法仅适用于具有明显反应时间和振荡特性的系统，对于非线性系统和快速响应系统效果较差。
2.2 Cohen-Coon 方法Cohen-Coon 方法是一种改进的PID参数整定方法，旨在提高对非线性系统和快速响应系统的适应性。
具体步骤如下：1.将比例增益（Kp）设置为零。
2.逐渐增加比例增益（Kp），直到系统出现持续振荡。
3.记录下持续振荡时的比例增益（Ku）和周期（Tu）。
4.根据以下公式计算PID参数：–比例参数（Kp）：0.9 * Ku–积分参数（Ki）：(1.2 * Ku) / (Tu * 2)–微分参数（Kd）：(3 * Ku) * Tu / 40Cohen-Coon 方法相对于Ziegler-Nichols 方法，在非线性系统和快速响应系统上表现更好。
pid参数自整定方法综述 -回复
pid参数自整定方法综述-回复PID（Proportional-Integral-Derivative）控制算法是一种常用的反馈控制算法，广泛应用于工业自动化中。
而PID参数的选择对控制系统性能至关重要。
PID参数自整定方法是指通过某种算法或策略自动选择PID控制器的参数，以获得良好的控制效果。
本文将从基本概念、经典方法和先进方法三个方面，分步介绍PID参数自整定方法的综述。
一、基本概念1.1 PID控制算法PID控制算法是由比例项（P项）、积分项（I项）和微分项（D项）组成的，用于调整控制环节输入的控制信号。
其中，比例项根据偏差的大小进行控制调整，积分项用于积累偏差从而消除静态偏差，微分项通过对偏差的变化率进行调整来提高系统的动态响应能力。
1.2 PID参数PID参数包括比例增益系数Kp，积分时间Ti和微分时间Td。
Kp决定了输出与输入之间的关系，Ti代表了积分作用的时间，Td表示微分作用的时间。
相应地，这些参数的选择对系统性能有重要影响，如稳定性、响应速度和抗扰动能力等。
二、经典方法2.1 经验调整法经验调整法是根据经验和实际应用情况调整PID参数。
它不依赖于数学推导或系统模型，而是基于试错和调整的过程。
这种方法的优点是简单易行，但缺点是需要经验积累，并且效果不稳定。
2.2 Ziegler-Nichols方法Ziegler-Nichols方法是一种基于系统临界点的经典PID参数整定方法。
它通过增大比例增益系数Kp来观察系统出现振荡的时间，然后根据观察结果确定PID参数。
这种方法简单快捷，但对系统的要求较高，只适用于部分稳定的系统。
2.3 Chien-Hrones-Reswick方法Chien-Hrones-Reswick方法是一种根据系统的一阶惯性和零点来确定PID参数的方法。
它通过推导数学公式和根据实验数据进行参数整定。
这种方法比Ziegler-Nichols方法更加精确，但需要系统模型的准确性。
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。
PID参数的整定方法
PID参数的整定方法PID控制器是目前最常用的控制算法之一，其调节参数（也称为PID 参数）的合理设置对控制系统的性能起着关键作用。
下面将介绍几种常用的PID参数整定方法。
1.经验法：经验法是最为简单直接的方法，通常由经验工程师根据自身经验来设定PID参数。
这种方法适用于一些简单的控制系统，但是对于复杂的系统来说，由于经验法不能提供具体的参数值，容易出现性能较差的情况。
2. Ziegler-Nichols 整定法：Ziegler-Nichols 整定法是PID参数整定中较为经典的方法，其步骤如下：-首先将PID控制器的I和D参数设置为零。
-逐渐增大比例参数（P）直到系统出现持续且稳定的振荡。
-记录此时的比例参数为Ku。
- 根据不同的控制对象类型，Ziegler-Nichols方法会有不同的参数整定公式，常见的有：-P型系统：Kp=0.50Ku，Ti=0.50Tu，Td=0.125Tu-PI型系统：Kp=0.45Ku，Ti=0.83Tu，Td=0.125Tu-PID型系统：Kp=0.60Ku，Ti=0.50Tu，Td=0.125Tu其中Ku为临界增益值，Tu为临界周期。
3. Chien-Hrones-Reswick (CHR) 整定法：CHR整定法基于频域设计方法，通过系统的频率响应曲线来确定PID参数。
其步骤如下：-绘制系统的频率响应曲线（一些软件和仪器可以直接测量）。
-根据曲线的特征，确定比较慢的过程的时间常数τ和极点频率ωp。
-根据以下公式得到PID参数：-P参数：Kp=2/（ωpτ）-I参数：Ti=τ/2-D参数：Td=τ/8不能掉进方法的误区，如超调范围不合适，调节周期过大或周期过小时，传递函数为微分型等。
4.设计优化法：设计优化法是基于性能指标的优化算法，通过对系统的模型进行优化，得出最佳的PID参数。
这种方法较复杂，通常使用数学工具或计算机软件进行参数优化。
常见的优化算法有遗传算法、粒子群算法等。
PID参数自整定方法综述
PID参数自整定方法综述(1)关键词: PID控制参数整定自整定PID参数自整定方法综述摘要: PID控制是迄今为止在过程控制中应用最为广泛的控制方法。
文章综述了PID参数自整定方法，并对将来的发展进行了讨论。
关键词：PID控制; 参数整定;自整定PID调节器从问世至今已历经了半个多世纪，在这几十年中，人们为它的发展和推广作出了巨大的努力，使之成为工业过程控制中主要的和可靠的技术工具。
即使在微处理技术迅速发展的今天，过程控制中大部分控制规律都未能离开PID，这充分说明PID控制仍具有很强的生命力。
PID控制中一个至关重要的问题，就是控制器三参数(比例系数、积分时间、微分时间)的整定。
整定的好坏不但会影响到控制质量，而且还会影响到控制器的鲁棒性。
此外，现代工业控制系统中存在着名目繁多的不确定性，这些不确定性能造成模型参数变化甚至模型结构突变，使得原整定参数无法保证系统继续良好的工作，这时就要求PID控制器具有在线修正参数的功能，这是自从使用PID控制以来人们始终关注的重要问题之一。
本文在介绍PID参数自整定概念的基础上，对PID参数自整定方法的发展作一综述。
1 PID参数自整定概念PID参数自整定概念中应包括参数自动整定(auto-tuning)和参数在线自校正(self tuning on-line)。
具有自动整定功能的控制器，能通过一按键就由控制器自身来完成控制参数的整定，不需要人工干预，它既可用于简单系统投运，也可用于复杂系统预整定。
运用自动整定的方法与人工整定法相比，无论是在时间节省方面还是在整定精度上都得以大幅度提高，这同时也就增进了经济效益。
目前，自动整定技术在国外已被许多控制产品所采用，如Leeds&Northrop的Electromax V、SattControlr的ECA40等等，对其研究的文章则更多。
自校正控制则为解决控制器参数的在线实时校正提供了很有吸引力的技术方案。
PID控制器参数整定的方法
PID控制器参数整定的方法,口诀
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。
PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D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。
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。
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参数自整定经验法
PID参数自整定经验法PID（比例、积分、微分）控制器是一种常用的控制器，用于调节控制系统的输出。
PID参数的调整是控制系统设计中一个关键的步骤。
自整定经验法是一种常用的方法，可以用来进行PID参数的调整。
自整定经验法基于实际的控制过程，通过观察系统的输出和输入反馈信号，逐步调整PID参数，使得系统的响应更加稳定和快速。
下面将详细介绍自整定经验法的步骤和注意事项。
第一步是调整比例增益（Proportional Gain）参数。
比例增益参数控制输出与输入的比例关系，其作用是根据误差的大小来调整输出。
一般情况下，增大比例增益可以增加系统的响应速度，但是过大的比例增益会引起系统的震荡。
因此，我们首先将比例增益调到一个较大的值，观察系统的响应情况，如震荡则减小比例增益。
第二步是调整积分时间（Integral Time）参数。
积分时间参数控制输出与输入之间的积分关系，其作用是根据误差的时间积累来调整输出。
通常情况下，增大积分时间可以减小系统的稳态误差，但是过大的积分时间会引起系统的过冲和震荡。
因此，我们将积分时间调到一个适当的值，观察系统的响应情况，如过冲和震荡则减小积分时间。
第三步是调整微分时间（Derivative Time）参数。
微分时间参数控制输出与输入之间的微分关系，其作用是根据误差的变化率来调整输出。
增大微分时间可以提高系统的稳定性，减小过冲和震荡，但是过大的微分时间会引起系统的振荡。
因此，我们将微分时间调到一个适当的值，观察系统的响应情况，如振荡则减小微分时间。
在调整PID参数时，需要注意以下几点：1.在每次调整参数后，观察系统的响应情况，如过冲、震荡和振荡等，根据情况适当调整参数的大小。
注意不要一次性调整过大，以免引起系统不稳定。
2.建立一个适当的实验环境，使得系统的输入和输出能够准确的反映实际的控制过程。
例如，在调整温度控制系统的PID参数时，可以通过改变加热器的功率来控制温度的变化，并观察温度传感器的输出。
pid自整定方法
pid自整定方法PID自整定方法是指通过一些特定的方法和技巧来调整PID控制器的参数，使得控制系统能够更加稳定和准确地响应系统的变化。
1.初始参数设定：首先，需要对PID控制器的初始参数进行设定。
一般来说，可以使用经验法则进行初步估计，比如将比例增益设为1、积分时间常数设为系统时间常数的10倍、微分时间常数设为系统时间常数的1/10倍。
这些参数只是一个初始值，后续还需要根据实际情况进行调整。
2.稳定工作点设定：在进行PID控制参数调整之前，需要先确定一个稳定的工作点。
这可通过手动控制或其他方法实现。
在该稳定工作点下，系统输出和输入的变化都很小，可以近似为恒定值。
3.步进信号测试：在稳定工作点下，给系统一个较小的步进信号，观察系统的响应过程。
记录系统的超调量、调整时间和稳态误差等参数。
4.参数计算：根据系统的响应特性，可以使用一些专业的参数计算方法来估计PID控制器的参数。
比如，可以使用所谓的“临界模型法”来计算控制器的比例增益、积分时间常数和微分时间常数。
5. 参数调整：根据步骤4中计算得到的参数估计值，进行参数调整。
一种常用的方法是采用经验法则进行调整，比如Ziegler-Nichols方法。
该方法通过改变比例增益、积分时间常数和微分时间常数，观察系统的响应特性，来找到最佳的参数组合。
6.仿真和测试：使用调整后的参数进行仿真或实际系统测试，观察系统的响应特性。
如果系统仍然有较大的超调量、调整时间太长或稳态误差过大等问题，可以再次进行参数调整，直到达到需求的控制性能。
总结起来，PID自整定方法包括初始参数设定、稳定工作点设定、步进信号测试、参数计算、参数调整、仿真和测试等步骤。
通过这些方法和步骤，可以使得PID控制器更加准确和稳定地响应系统的变化，提高控制性能。
PID参数整定方式
PID参数整定方式为了使PID控制器能够在实际控制过程中具有较好的性能，需要对PID参数进行合理的整定。
PID参数整定方法有很多种，下面将介绍几种常见的整定方法。
1.试-误整定法：试-误整定法是最常见的整定方法之一，通过不断试验和观察系统的响应，调整PID参数，直到满足控制要求。
这种方法的优点是简单易行，但由于需要进行大量试验，整定过程较为繁琐，而且可能造成系统过度振荡或不稳定。
2.经验法整定：经验法是基于经验公式进行PID参数整定的方法。
常用的经验公式有：Ziegler-Nichols方法、Chien-Hrones-Reswick方法等。
这些公式通过对系统的开环和闭环响应进行分析，得出相应的参数整定公式。
这种方法的优点是较为简单和直观，缺点是不适用于不同的系统和工况。
3.频率响应法整定：频率响应法是通过对系统的频率特性进行分析，来确定PID参数的方法。
常用的方法有：奈奎斯特曲线法、波特曼图法等。
这些方法借助于系统的频率特性图形，通过观察曲线的形状和特点，确定PID参数。
这种方法的优点是适用范围广，适用于不同的系统类型和工况，但缺点是需要一定的专业知识和技巧。
4.优化算法整定：优化算法包括遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。
这些算法通过不断优化PID参数，使系统响应达到最优或接近最优。
这种方法的优点是较为灵活和智能化，能够得到较好的参数整定结果，但缺点是计算复杂度较大，需要较高的计算资源和时间。
综上所述，PID参数整定是针对特定系统和工况而进行的调整过程，不同的整定方法适用于不同的控制要求和应用场景。
在实际应用过程中，可以根据系统特点和控制要求选择合适的整定方法，并通过试验和优化来调整PID参数，以实现最佳控制效果。
PID控制器参数自整定方法综述
０ 引 言
ＰＤ 控 制器 从 问世 至 今 已 历 经 了半 个 多 世 Ｉ 纪， 如今 ＰＤ控制 器 已经在各 个 控制 领域 中得 Ｉ 到 了广泛 的应 用 。ＰＤ 控 制 中一 个 至 关 重 要 的 Ｉ
照工作机理 划 分 ， 以分 为基 于模型 的 自整 定 可
方法 和基 于规 则 的 自整 定 方 法 等 等 。文 章 在 介 绍 ＰＤ 参数 自整 定 概 念 的基 础 上 ， ＰＤ 参 数 Ｉ 对 Ｉ
值与实际输 出值构成一个控制偏差 ｅ ｆ ， （） 将偏差
的 比例 （ 、 分 （ 、 分 （ 通过 线性 组 合 构 Ｐ）积 微 Ｄ）
成控制量 ， 对过程对象进行控制 ， 故称为 ＰＤ控制 Ｉ 器 。 比例 系数 、 分 时 间 和微 分 时 间 的选 取 直 接 积 影响被控制量与设定值的接近程度 ， 以 、 所 、 ３ 参数 的整定 显得 尤为重 要 。 个
Ａｕ ２ ８ ｇ． ００
ＰＤ控 制 器参 数 自整 定 方 法 综 述 Ｉ
张 燕 红
（ 常州工学院电子信息与电气工程 学院， 江苏 常州 ２３ ０ ） １０ ２
摘要 ： 由于 ＰＤ控制器具有 简单 而固定的形式和 良 Ｉ 好的鲁棒性 ， 因而在工业生产 中得到了广泛的应 用。但 由于控制系统的复杂性和非线性等 因素 ， ＰＤ控制器的参数受到 了影响 ， 使 Ｉ 因此如何整定 ＰＤ控 Ｉ 制器的参数成为当前乃至今后的研 究热点。文章概述 了ＰＤ的理论 ， Ｉ 讨论 了一些常用 ＰＤ 整定方法， Ｉ
并 对新 技 术进行 了探 索。
关键词 ：Ｉ Ｐ Ｄ控制器； 鲁棒性 ； 控制 系统 ； 参数 自 整定 中图分 类号 ： Ｐ ７ Ｔ ２３ 文 献标 识码 ： Ｂ 文章编 号 ：６ １— ４ ６ ２ ０ ）４— ０ ９— ５ １７ ０ ３ （ ０ ８ ０ ０ ４ ０
PID控制中如何整定PID参数
PID控制中如何整定PID参数PID控制器是一种常用的自动控制算法，它根据被控对象的误差和误差的变化率来调整控制量，以实现对被控对象的稳定控制。
PID参数的选择对控制系统的性能和稳定性至关重要。
在本文中，将介绍PID参数整定的基本方法和几种常用的整定方法。
1. 要素模型法（Ziegler-Nichols法）要素模型法是一种基于试控法的PID参数整定方法。
该方法通过微调比例增益Kp，使系统产生持续且稳定的振荡，然后根据振荡的周期和幅值来计算PID参数。
具体步骤如下：步骤1：将积分时间Ti和微分时间Td先设为0。
步骤2：增加比例增益Kp，直至系统开始产生持续的振荡。
步骤3：记录振荡的周期P，以及振荡的峰值值（或两个连续峰值之间的差值）A。
步骤4：根据P和A计算出合适的PID参数：-比例增益Kp=0.6*(A/P)-积分时间Ti=0.5*P-微分时间Td=0.125*P要素模型法整定PID参数的优点是简单易行，但是该方法只适用于二阶系统，对于高阶系统或非线性系统不适用。
2.建模法（模型整定法）建模法是一种基于模型的PID参数整定方法。
该方法需要对被控对象进行实验或建立数学模型，并根据模型参数来选择合适的PID参数。
具体步骤如下：步骤1：通过实验或数学建模，得到被控对象的数学模型。
步骤2：分析模型的稳定裕度和相应性能要求，如超调量、调节时间等。
步骤3：根据模型参数，选择合适的PID参数。
常用的方法有经验法、频域法和根轨迹法等。
经验法是基于经验或规则的PID参数整定方法，根据系统的动态特性、稳定性要求和超调量要求等，选择合适的PID参数。
例如，对于快速响应的系统，通常选用较大的比例增益和积分时间，较小的微分时间；对于需要减小超调量的系统，通常减小比例增益和微分时间，增大积分时间。
频域法是基于频率响应的PID参数整定方法，通过分析系统的开环频率响应曲线，选择合适的相位裕度和增益裕度，从而得到合适的PID参数。
PID控制与参数整定方法
PID控制与参数整定方法PID控制是一种常用的控制算法，广泛应用于各个领域的自动控制系统中。
PID控制通过反馈调节系统的输出，使得系统的输出与期望值尽可能接近。
PID控制器由比例控制、积分控制和微分控制三部分组成，每个部分都有相应的参数需要进行整定。
在PID控制器中，比例控制部分根据当前误差的大小决定输出的大小，即输出与误差成正比。
比例控制的参数是比例增益，通过调节比例增益可以改变系统的响应速度和稳定性。
当比例增益较大时，系统的响应速度快，但可能会引起超调；当比例增益较小时，系统的响应速度慢，但稳定性好。
积分控制部分根据误差的累积量进行输出修正，用于消除系统的静态误差。
积分控制的参数是积分增益，通过调节积分增益可以改变系统的响应速度和对静态误差的准确性。
当积分增益较大时，系统能较快地消除静态误差，但可能会引起超调；当积分增益较小时，系统较难完全消除静态误差，但稳定性好。
微分控制部分根据误差的变化率进行输出修正，用于抑制系统响应的超调。
微分控制的参数是微分增益，通过调节微分增益可以改变系统的稳定性和抑制超调的效果。
当微分增益较大时，系统的稳定性好，但可能引起振荡；当微分增益较小时，系统的稳定性较差，但抑制超调的效果好。
参数整定是指选择合适的参数值使得PID控制系统能够满足控制要求。
主要有几种常用的整定方法：1.经验法：根据经验和实际应用中的常见规律来选择参数值。
这种方法适用于已有类似系统的参数可以作为参考的情况。
但是，由于每个系统的特性不同，经验法的参数选取往往需要经过多次试验和调整才能得到满意的控制效果。
2. Ziegler-Nichols 方法：该方法主要通过系统的临界时刻和临界增益来选择参数。
首先，通过增大比例增益直到系统开始振荡，并记录振荡的周期。
然后，根据周期计算出比例增益、积分增益和微分增益的初值。
这种方法在实践中比较常用，但是对于非线性和时变系统效果可能有限。
3.调试法：通过实际的调试过程来选择参数。
PID参数自整定经验法
PID参数自整定经验法PID控制器是一种常用的反馈控制策略，通过对误差信号的比例、积分和微分进行加权计算，并作用在控制对象上，来控制其输出值。
这三个参数分别影响了控制器的响应速度、稳定性和抗干扰能力，因此必须精确地调整这些参数才能使控制系统达到最佳性能。
一种经验法是所谓的“Ziegler-Nichols”方法，它是由奥地利的Karl Ziegler和美国的Nathaniel B. Nichols于1942年共同发表的。
它是PID整定的一种基本方法，其主要思想是通过试探法分析控制系统的临界点来调整PID参数。
该方法的步骤如下：1.将积分和微分参数设为零，只有比例参数KP的PID控制器。
初值设定为一个较小的值，通常为12.增加KP的值，直到控制系统的输出达到临界点。
此时，系统的响应将保持较稳定的周期性波动。
3.测量临界点的方程式Ziegler-Nichols公式给出了合适的参数设置：-比例参数KP=0.6*Kc-积分参数TI=0.5*P/ωu-微分参数TD=0.12*P*ωu其中Kc是耐饱和增益，P是波动周期，ωu是临界点的频率。
这个方法的优点是简单易行，不需要对系统进行深入的数学建模或理论分析。
然而，它也有一些缺点，例如仅适用于一阶和二阶系统，且对非线性和时变系统效果不佳。
除了Ziegler-Nichols方法外，还有其他的PID参数自整定方法，如基于频率响应的自整定法、模糊逻辑法、遗传算法等。
这些方法的选择应根据具体的控制系统需求和性能要求来确定。
总之，PID参数自整定是一种实用的方法，可以通过调整比例、积分和微分参数来优化控制系统的性能。
虽然存在一些局限性，但结合实际应用经验和适当的调试技巧，可以取得良好的控制效果。
PID控制器参数的自整定
PID控制器参数的自整定PID控制器是一种常用的控制算法，它通过调节控制器的参数来使系统输出达到期望值。
而PID控制器参数的自整定是指根据系统的特性自动地确定PID参数值的过程。
在工业控制领域，PID参数的自整定是一项重要的任务，它能够提高系统的控制性能和适应性。
传统的手动整定PID参数的方法通常是通过试错法，即根据经验不断调整参数值，直到系统达到期望的控制效果。
然而，这种方法往往需要大量的时间和经验，并且容易出现误差较大的情况。
因此，研究人员提出了多种自整定PID参数的方法，下面将介绍几种常用的自整定方法。
1.暴力方法：这种方法通过在一定范围内PID参数的组合，计算每一组参数对应的系统响应，并选择效果最佳的参数组合作为最终的参数值。
虽然这种方法能够得到相对较好的控制效果，但计算量大，速度较慢。
2.递推式自整定方法：这种方法通过分析系统的动态特性，将参数的更新规则表示为递推式，并根据实时的系统响应信息来不断更新参数值。
这种方法能够迅速收敛到较优的参数值，并且能够适应系统参数变化。
3.遗传算法方法：这种方法通过模拟生物进化的过程，在参数空间中最优的PID参数组合。
遗传算法通过选择、交叉和变异等操作来寻找适应度最高的参数组合。
虽然这种方法计算量大，但能够得到较好的参数值。
以上只是几种常见的自整定方法，在实际应用中，还有很多其他的自整定方法。
自整定PID参数是一个复杂的问题，需要根据具体的系统特性和控制要求选择适合的方法。
一般情况下，自整定PID参数的目标是使系统具有良好的稳定性、快速的响应时间和良好的鲁棒性。
在实际应用中，可以根据系统的实际情况选择合适的自整定方法，并通过实验和经验来不断调整参数值，以达到最佳的控制效果。
PID控制器参数整定的一般方法
PID控制器参数整定的一般方法PID控制器是最常用的自动控制算法之一，在许多工业过程中都得到了广泛的应用。
PID控制器的性能取决于其参数的选择，因此进行参数整定是非常重要的。
一般来说，PID控制器参数整定的方法有试验法、经验法和优化法等。
下面将详细介绍这几种方法。
1.试验法：试验法是最简单直接的一种参数整定方法。
通过对控制系统施加特定的输入信号，观察输出响应的变化，然后根据试验结果来调整PID控制器的参数。
试验法的常用方法有步跃法、阶跃法和波形法等。
-步跃法：将控制系统的输入信号从零突变到一个固定值，观察输出信号的响应曲线。
根据响应曲线的时间延迟、超调量以及过渡过程等特性，来调整PID参数。
-阶跃法：将控制系统的输入信号从零线性增加到一个固定值，观察输出信号的响应曲线。
通过测量响应曲线的时间延迟、超调量和稳定性等指标，来调整PID参数。
-波形法：将控制系统的输入信号设定为一个周期性的波形，观察输出信号对输入信号的跟踪能力。
通过比较输出信号与输入信号的相位差和幅值差，来调整PID参数。
2. 经验法：经验法是基于控制技术专家的经验和实践总结而来的一种参数整定方法。
根据不同的工业过程，控制技术专家给出了一些常用的PID控制器参数整定规则，如Ziegler-Nichols法和Chien-Hrones-Reswick法等。
- Ziegler-Nichols法是一种经验性的整定方法，它基于一种称为临界增益法的原理。
通过逐渐增大PID控制器的增益参数，当系统的输出信号开始出现稳定的周期性振荡时，此时的控制器增益即为临界增益。
然后按照一定的比例来设定PID控制器的参数。
- Chien-Hrones-Reswick法是另一种经验性的整定方法，它基于一种称为极点配置法的原理。
通过观察控制系统的频率响应曲线，根据不同的频率和相位的变化情况来调整PID控制器的参数。
经验法的优点是简单易行，但其缺点是只适用于一些特定的工业过程，且对于复杂的系统来说可能无法得到最佳的参数。
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专家式智能自整定 PID 控制方法[36~39] 单神
经元 PID 自整定智能控制方法[40] 基于规则智能 PID 自整定方法[41]和加辨识信号智能 PID 自整定方法[39] 等
图2
特别是在多变量控制上
智能控制与 PID 结合
文 [23~26] 将继电自整定技术扩展用于多变量 PID 控制 文[23]通过独立的单回路继电反馈 IRF 实验 给出了分散 PID 控制器的整定方法,整个系统 的稳定性通过在 PI 或 PID 参数上引入合适的非整定 因子得以保障 文[24]提出一种结合顺序回路闭环继 电整定的整定方法 SRF 文[25~26]通过由分散 PID 控制器输出振荡中获得的分散继电反馈 DRF 提出了针对 2 2 对象的设计算法 DRF 是一完整的 闭环测试,独立的 IRF 和 SRF 仅为部分闭环测试[27] 文[28]针对具有显著耦合的多变量过程 提出一种用 于完全交叉耦合对象的多变量 PID 控制器 应用 DRF 进行自整定方法 互作用的过程 文[29]提出一种用于 MIMO 对象的基于 DRF 的 分散 PID 自整定算法 该算法包括两个阶段 一是 辨识处包括所有回路的临界增益和一个临界频率的 期望临界点 用继电环节代替所有的控制器 通过 改变继电器参数确定不同的临界点 二是借助 Z-N 法或 R-ZN 法 利用期望临界点数据整定 PID 控制 文[30]给出了一个具有 PID 结构的多变量自调节 该方法适用于通过分散控制规则 性能较差 或甚至不可能使过程稳定的具有显著相
& 综 述
ＰＩＤ 控制器参数自整定方法综述
刁宇静 黄道平 肖 迳
华南理工大学自动控制工程系 摘要 关键词
由于 PID 控制器具有简单而固定的形式 而且具有良好的鲁棒性 在工业生产中得到广泛的应用 PID 控制 参数自整定
本文综述了各种 PID 控制器参数自整定方法及其最近的研究成果
１ 引言
在工业过程控制中 目前采用最多的控制方式 仍然是结构简单 在很宽的范围内都能保持较好的 鲁棒性 操作也很简单的 PID 控制方式 随着 PID 控制器参数自整定技术不断发展 人 们提出了各种各样的方法 按发展阶段划分 可分 为常规 PID 控制器参数自整定方法和智能自整定方 法 按被控对象个数来划分 可分为单变量 PID 参 数自整定方法及多变量 PID 参数自整定方法 按控 制量的组合形式划分 可分为线性 PID 参数自整定 方法和非线性 PID 参数自整定方法[1] 按计算方式可 划分为一次算法和反复迭代算法 按系统的特性划 分,可分为连续 PID 控制器自整定方法和离散的 PID 控制器的自整定方法 按工作机理来分[1],可分为基 于模型的自整定方法和基于规则的自整定方法
的应用. 洛阳工学院学报. 1995, 16(2) [9] 彭楚武, 钟庆昌, 贾青, 谢剑英. 自整定鲁棒 PID 控制器. 湖南大学学报(自然科学版). 1999(5) [10] 李爱梅. 动态变参数 PID 算法的实现. 彭城职业大学学 报. 2000, 15(2) [11] 刘镇 姜学智 李东海. PID 控制参数整定方法. 电子 技术应用. 1997(5): 4-6 [12] 占永明, 罗中明, 鲍绍宣, 郭峰. 基于遗传算法 PID 参数 的自动整定. 哈尔滨理工大学学报. 2000, 5(2) [13] 周凯汀, 郑力新. 基于遗传算法的 PID 参数优化设计 . 华 侨大学学报(自然科学版). 2000, 21(2) [14] 毛军红, 李黎川. 位置伺服系统 PID 控制器参数在线整 定算法. 西安石油学院学报(自然科学版). 1999(1) [15] 聂建华, 陶永华. 新型 PID 控制及其应用 第五讲 . 工 业仪表与自动化装置. 1998. 2 [16] 沈炯, 陈来九. 多变量 PID 控制器的在线自整定. 控制 理论与应用. 1995, 12(4) [17] 胡泽新. 周金荣, 黄道. 多变量非线性自整定 PID 控制 器. 控制理论与应用. 1995, 12(2) [18] 李文 , 赵强 . 基于神经网络的多变量模糊自整定 PID 控制器. 大连铁道学院学报 . 1998, 12(1) [19] Willis MJ. Montague G A. Auto-tunning PI(D) controller with artificial neural networks. In: Proc. 12th WCIFAC. Sydney Australia: 1993 (4).61-64 [20] 李卓 , 萧德云 , 何世忠. 基于神经网络的模糊自适应 PID 控制方法. 控制与决策. 1996 , 11(3): 340-345 [21] 谭永红 . 神经网络自适应 PID 控制及其应用 . 模式识 别与人工智能. 1993, 6(1): 81-85 [22] 舒怀林. PID 神经元网络多变量控制系统分析. 自动化 学报. 1999,25(1) [23] Luyben W L. A simple method for tuning SISO controllers in a multivariable system. Ind. Engng. Chem. P roc. Des. Dev. 1986(25): 654-660 [24] Loh A P. Hang C C. Quek C K. Vasnani V U. Autotuning of multiloop proportional-integral controllers using relay feedback. Ind. Engng. Chem. Res. 1993(32): 1102-1107 [25] Palm or Z J. Halevi Y. Krasney N. Automatic tuning of decentralized PID controllers for TITO processes. In: Proc. of 12th IFAC World Congress. Sydney. 1993, 311-314 [26] Zhuang M. Atherton D P. PID controller design for a TITO system. In: Proc. IEE. Pt D. 1994(141): 111-120 (下转第 12 页)
刁宇静 黄道平 肖迳： ＰＩＤ 控制器参数自整定方法综述
眼点 已经有不少研究成果[19~21] PID 神经元网络是 一种内含动 静特性的多层前向神经元网络 网络 的收敛速度很快且保证了控制系统的稳定性 文[22] 中从理论上证明了 PID 神经元网络多变量控制系统 的稳定性和收敛性 并通过计算机仿真证明 PID 神 经网络具有良好的自学习和自适应解耦控制性能 PID 神经元网络无需测量或辨识被控多变量对象的 内部结构和参数 可以得到良好的解耦控制效果
２００２ 年第 １ 期广东自动化与信息工程 1
２ 常规 ＰＩＤ 参数自整定方法
虽然现在智能参数自整定方法运用越来越广 泛 但是常规 PID 控制器参数自整定方法还是广泛 应用于生产当中 ２．１ 基于模型的自整定方法 2.1.1 基于非参数模型的自整定方法 工程上诸多的自整定方法中 有 Z-N 法 R-ZN 法 Cohen-Coon 法和 ISTE 最优设 定方法[1] 这些整定方法有离线的也有在线的 Astrom-Hagglund 提出了一种继电型 PID 自整定
[11]
参数在线整定算法 GACPT
３ 多变量 ＰＩＤ 自整定方法
多变量 PID 控制器设计方法可分为两类[15] 一 类是基于状态空间模型的时域设计方法 与单变量过程不同 多变量过程的动态特性决 定了一些原适用于单变量 PID 控制器的自整定方法 已无法用于多变量过程 因此,多变量 PID 控制系统 的在线自整定研究显得很有必要 由于多变量系统 内部的耦合作用以及参数的复杂性 使其控制问题 成为控制理论和控制工程研究的重点和难点问题 文[16]研究具有 PID 结构反馈控制器的多变量控 制系统的在线参数自整定 给出了 PID 三个参数的 计算公式以及采用 粗调 和 制器参数的实现手段 家自整定方法 文[17]提出一种基于神经网络的多变量非线性自 整定 PID 控制器 通过神经网络权值的学习在线自 动整定控制器参数 该控制器的设计无需对象模型 具有响应速度快 抗干扰能力强和鲁棒性好等优点 而且适用范围广 结构图如图 1 所示
2
图1
为回避 PID 控制器参数整定和模糊规则获取的 困难 文[18]提出了一种基于 BP 网络的多变量模糊 自整定 PID 控制器 该控制器不仅有模糊控制的非 线性控制作用,还具备了神经网络的学习与适应能力 , 和 PID 的普遍性 结构图如图 2 所示 其中 EX1(EX2) 为转换器 M 为匹配度计算环节 将应用最广泛的 PID 控制器和具有学习功能的 神经元网络相结合 是智能控制研究的一个新的着
的自整定方法应用非常广泛 例如前面提到的文[17~22] 都是神经网络和单神经元与 PID 自整定结合的控制 方法在多变量控制上的应用 文[31]介绍了一种基于神经网络自学习 PID 控制 器 该控制器不仅具有自学习自适应能力 而且具 有自调整比例因子功能 文[32]提出一种基于神经网 络与 PID 控制相结合的机器人自适应控制系统 为 加快神经网络的学习过程 研究了启发式学习算法 文[33]提出了一种在线 PID 参数自整定方法 在 对象辨识中 引进了非参数的离散脉冲序列模型 并推导出一组闭环情况下的辨识公式 它适于大滞 后和各种阶次的复杂对象 文中还把仿真技术引进 实时控制中 设计了具有一定智能性的自整定方法 文[34]应用模糊推理的方法实现 PID 参数在线自 整定 并设计出相应的模糊 PID 控制器 文[35]提出 一种通过分析闭环系统在阶跃负载扰动作用下输出 波形的特征值 用模糊算法对 PID 参数进行自整定 的方法 随着微机技术和人工智能技术的发展 出现了 多种形式的专家控制器 在用专家经验来建立 PID 参数控制器中 最典型的是 1984 年美国 FOXBORO