控制器的参数整定

简单控制系统的参数整定:（摘自化学工业出版社《过程控制技术》）表7-1 控制规律选择参考表：

表7-2 控制器参数的大致范围：

当控制系统已经构成“负反馈”，并且控制器的控制规律也已经正确选定，那么控制系统的品质主要决定于控制器参数的整定值。即如何确定最合适的比例度δ、积分时间Ti和微分时间Td。控制器参数的整定方法很多，现介绍几种工程上常用的方法。

1．经验试凑法

这是一种在实践中很常用的方法。具体做法是：在闭环控制系统中，根据被控对象情况，先将控制器参数设在一个常见的范围内，如表7-2所示。然后施加一定的干扰，

以δ、Ti、Td对过程的影响为指导，对δ、Ti、Td逐个整定，直到满意为止，凑试的

顺序有两种。

（1）先凑试比例度，直到取得两个完整的波形的过渡过程为止。然后，把δ稍放大10％到20％，再把积分时间Ti由大到小不断凑试，直到取得满意波形为止。最后再加微分，

进一步提高质量。

在整定中，若观察到曲线振荡频繁，应当加大比例度（目的是减小比例作用）以减小振荡；曲线最大偏差大且趋于非周期时，说明比例控制作用小了，应当加强，即应减

小比例度；当曲线偏离设定值，长时间不回复，应减小积分时间；如果曲线总是波动，

说明振荡严重，应当加长积分时间以减弱积分作用；如果曲线振荡的频率快，很可能是

微分作用强了，应当减小微分时间；如果曲线波动大而且衰减慢，说明微分作用小了，

未能抑制住波动，应加长微分时间。总之，一面看曲线，一面分析和调整，直到满意为

止。

（2）是从表7-2中取Ti的某个值。如果需要微分，则取Td=（1/3～1/4）Ti。然后对δ进行凑试，也能较快达到要求。实践证明，在一定范围内适当组合δ与Ti的数值，可以获得相同的衰减比曲线。也就是说，δ的减小可用增加Ti的办法来补偿，而基本上不影响控制过程的质量。所以，先确定Ti、Td再确定δ也是可以的。

2．衰减曲线法

衰减曲线法比较简单，可分两种方法。

（1）4：1衰减曲线法

当系统稳定时，在纯比例作用下，用改变设定值的办法加入阶跃扰动，观察记录曲线的衰减比。然后逐次从大到小地改变比例度，直到出现4：1的衰减比为止。如图7-3所示。

记下此时的比例度δs（称4：1衰减比例度）和衰减周期Ts，再按表7-3的经验数据来确定PID值。

有的过渡过程，4：1衰减仍嫌振荡过强，可采用10：1衰减曲线法。如图7-4所示，方法同上。得到10：1衰减曲线，记下此时的比例度δs′上升时间Ts′，再按表7-4的经验公式来确定PID值。

阶跃干扰加得幅度过小则过程的衰减比不易判断，过大又为工艺条件所限制。所以一般在设定值的5%左右。扰动必需在工艺稳定时再加，否则得不到正确的δs、Ts或δs′、Ts′值。

对于一些变化比较迅速、反应快的过程，在记录纸上严格得到4：1衰减曲线较难，一般以曲线来回波动两次达到稳定，就近似地认为达到4：1衰减过程了。

3．整个闭环控制系统稳定后临界比例度法

当整个闭环控制系统稳定后，把积分时间放到最大、微分时间放到零，使系统处在纯比例作用下。从大到小地逐渐改变控制器的比例度，每改动一次，就用设定器加进5%设定值的阶跃扰动，这样就会得到一个临界振荡的过程，如图7-5所示。

这时的比例度叫临界比例度，周期为临界振荡周期。记为δk和Tk，然后按表7-5的经验公式来确定控制器的各参数值。

2．2 单回路控制系统调节器参数的工程整定（摘自机械工业出版社〈〈电机工程手册〉〉）

单回路系统调节器参数的整定是整定其他较复杂的各种调节系统的基础，一般采用以下几种方法。

2．2．1 经验法

这是一种凑试法，先取调节器参数的某组数值后将系统投自动，然后人为加一定扰动，如

改变给定值观察被调变量或阀位、调节器输出的变化曲线形状；若得不到满意结果，则改变调节器有关参数，反复凑试，直至控制品质符合要求为止。经验法简单可靠，适用于被控量记录曲线不规则、干扰极繁的系统；缺点是整定时易带主观性，若用比例、积分、微分调节规律，则试验次数多，可能化很多时间仍找不到合适的整定参数值。

整定步骤：（以比例、积分、微分为例）

（1）设置Ti→∞，Td=0，从大到小改变比例带δ直至得到较好的控制过程曲线。

（2）将比例带放大1.2倍,从大到小改变积分时间,以求得较好的调节过程曲线。

（3）积分时间Ti保持不变，改变（增大或减小）比例带，观察控制过程曲线是否改善；如有所改善，则继续调整比例带；若没有改善，则将原定的比例带减小一些，再变更积分

时间，以改善控制过程曲线。如此多次反复，直至找到合适的比例带和积分时间。

（4）初步整定δ和Ti值之后，引入微分时间Td。引入微分后可适当减小比例带和积分时间，设置微分时间为积分时间的1/6～1/4。观察控制过程曲线是否理想，还可适当调整δ、

Ti和Td。

对于不少控制系统，可根据被控量的类别初步估计调节器参数的大致范围，见表49.5-1。