PID参数整定方法(20100122)

t p
i
0
()
d
()
p
Ti ∫
Ti
t
0
∫ ()
0
d
dt
(t ) dt
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比例（ 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 state error） 比例度减小 稳态误差减少
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各种调节系统中P 各种调节系统中P、I、D参数经验数据
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。
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积分（ 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。
P参数设置： 参数设置 1、如果不能肯定比例调节系数P应为多少,请先把P参数设置 大些(如100~30%),以避免投运时出现超调和振荡。 2、运行后视系统响应情况再逐步调整大小,充分发挥比例作 用的效果,提高系统响应的快速性,以既能快速响应,又不 出现超调或振荡为最佳. 注：首先整定好P参数,在整定Ti和Td对它再微调,以求系统 的稳定快速响应。
积分时间减小
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微分（ 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。
1 t t d d u (t ) u (tK =K(t ) +(t )+ 1(t )d( + Td + T e(t ) (d = ) p e e 1 e τ e τ )dτ p T ∫0 ∫ τ e dt d T t ) e t + i 1 Ti 0 τ d τ + dt d 1u t =e(t)K p e u(t) = K e(t)+ e(τ )de+T d e(t) u(t ) = K e(t ) + ∫ e(τ )dτ +T d τ T dt
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目前状况
PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多， 产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的 PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功 能的智能调节器(intelligent regulator)，其中PID控制 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。
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比例积分+ 比例积分+微分控制
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PID各作用比较 PID各作用比较
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PID参数对控制性能的影响 PID参数对控制性能的影响
控制器增益 Kc或比例度δ 增益 Kc 的增大（或比例度δ下降），使系统的调节作用 增强，但稳定性下降； 积分时间Ti 积分作用的增强（即Ti 积分时问下降），使系统消除余差的 能力加强，但控制系统的稳定性下降； 微分时间Td 微分作用增强（即Td 微分时间增大），可使系统的超前作用 增强，稳定性得到加强，但对高频噪声起放大作用，主要 适合于特性滞后较大的广义对象，如温度对象等。
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PID控制技术 PID控制技术
PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、 稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技 术之一。 当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的 数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制 器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应 用PID控制技术最为方便。
PID参数整定方法 PID参数整定方法
PID调节广泛应用 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。
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常用的PID整定口诀 常用的PID整定口诀 PID
参数整定找最佳，从小到大顺序； 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。
传热设备( 传热设备(器)的控制
被控变量 (1)被加热/冷却介质的温度（无相变）,如热交换器. (2)被加热/冷却所需的热量（有相变），如精馏塔底再沸 器的蒸发量。 控制变量 (1)调载热体的流量； (2)调节传热平均温差； (3)调传热面积； (4)将工艺介质分路，一路经换热，另一路走旁路。
2来自百度文库10-9-27
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工业PID控制器的选择 工业PID控制器的选择 PID
被控参数 控制器 备注 温度/成分 流量/压力 液位/料位 PID PI P *1
*1、当工业对象具有较大
的滞后时，可引入微分作 用；但如果测量噪声较大 ，则应先对测量信号进行 一阶或平均滤波。
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常规PID参数设置指南 常规PID参数设置指南 PID
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临界比例度法
1、先切除PID控制器中的积分与微分作用，取比例增益KC较 小值，并投入闭环运行。 2、将KC由小到大变化，对应于某一KC值作小幅度的设定值阶 跃响应，直至产生等幅振荡。 3、设等幅振荡时振荡周期为Tcr、控制器增益Kcr ，再根据 控制器类型选择以下PID参数。 控制规律 P PI PID
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Kc
0.5Kcr 0.45Kcr 0.6Kcr
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Ti
0.83Tcr 0.5Tcr
Td
0.12Tcr
临界比例度法
PID控制器参数的整定在闭环的情况下步骤如下： (1)首先将微分和积分作用全部除去。 (2)仅加入比例作用，比例增益Kc由小到大的变化,对应于某一Kc值作小 幅度的设定值阶跃扰动.以获得临界情况下的等幅振荡。比时,可获得 临界振荡周期Pc和临界比例增益Kcmax。 (3)通过公式计算得到PID控制器的参数。
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PID参数的设定：是靠经验及工艺的熟悉，和对控制质量 的要求有关；应根据测量值跟踪设定值曲线的变化状况， 来逐步调整P/I/D参数的大小。 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。 PID参数与控制对象和控制方案有关。
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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。
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PID 三作用调节器
PID：Proportional Integral Derivative PID控制：对偏差信号e(t)进行比例、积分和微分运算变 ： 换后形成的一种控制规律。 。 偏差e(t) =测量值（PV）- 设定值（SV） 可调参数：比例度δ（P）、 积分时间Ti（I）、微分时 间Td（D）
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PID参数整定经验法 PID参数整定经验法
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。
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常规PID参数设置指南 常规PID参数设置指南 PID
D参数设置： 参数设置 如果不能肯定微分时间Td应为多少,请先把微分时间Td设置 为0,都切除微分作用.系统投运后先调好P参数和I参数后,再 逐步增加微分时间Td,以加入微分作用,来改善系统动态特性, 超前作用增强.以系系超调量小不出现振荡为佳(多数系统可 不加微分作用)。
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开环控制系统
开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的 输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。
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闭环控制系统
闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系 统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输 出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反 馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈 ( Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一 般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。 闭环控制系统的例子很多：比如人就是一个具有负反馈的 闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能 通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛， 就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另例， 当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净， 并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。
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常规PID参数设置指南 常规PID参数设置指南 PID
I参数设置： 参数设置 1、如果不能肯定TI积分时间为多少,请先把Ti参数设置大些 (如1800,Ti最大时为积分作用切除)。 2、系统投运后应先把比例调节系数P参数整定好。 3、然后再把Ti积分时间减小,增强积分作用。 4、观察系统的响应,以系统能快速消除静差进入稳态，而不 出现超调振荡满足工艺要求为最佳。
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PID控制器参数整定的方法（两大类） PID控制器参数整定的方法（两大类） 控制器参数整定的方法
理论计算整定法：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。 工程整定方法：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。
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经验法
流量系统:典型的快过程,宜用PI,且比例度要大,积分时间 可小。 液位系统:对只需实现平均液位控制的地方,宜用纯比例, 比例度要大。 压力系统:过程有快的,接近流量,也有慢的,接近温度。
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经验法
温度系统:对间接加热的温度系统,因为测量变送滞后和热 传滞后,所以很缓慢.比例度设置范围约20～60%,但还与温 度变送器量程范围和调节伐的尺寸有关,一般积分时间较 大,微分时间约是积分时间的四分之一。