PID控制器参数整定设计
PID控制器设计及其参数整定
一、绪论PID 参数的整定就是合理的选取PID 三个参数。
从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态误差等方面考虑问题，三参数作用如下：比例调节作用：成比例地反映系统的偏差信号，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生与其成比例的调节作用，以减小偏差。
随着P K 增大，系统的响应速度加快，系统的稳态误差减小，调节应精度越高，但是系统容易产生超调，并且加大P K 只能减小稳态误差，却不能消除稳态误差。
比例调节的显著特点是有差调节。
积分调节作用：消除系统的稳态误差，提高系统的误差度。
积分作用的强弱取决于积分时间常数i T ，i T 越小，积分速度越快，积分作用就越强，系统震荡次数较多。
当然i T 也不能过小。
积分调节的特点是误差调节。
微分调节作用：微分作用参数d T 的作用是改善系统的动态性能，在d T 选择合适情况下，可以减小超调，减小调节时间，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度。
因此，可以改善系统的动态性能，得到比较满意的过渡过程。
微分作用特点是不能单独使用，通常与另外两种调节规律相结合组成PD 或PID 控制器。
二、设计内容1. 设计P 控制器控制器为P 控制器时，改变比例系数p K 大小。
P 控制器的传递函数为：()P P K s G =，改变比例系数p K 大小，得到系统的阶跃响应曲线当K=1时，P当K=10时，PK=50时，当P当P K =100时，p K 超调量σ% 峰值时间p T 上升时间r T 稳定时间s T 稳态误差ss e 1 49.8044 0.5582 0.2702 3.7870 0.9615 10 56.5638 0.5809 0.1229 3.6983 0.7143 50 66.4205 0.3317 0.1689 3.6652 0.3333 10070.71480.25060.07443.64100.2002仿真结果表明：随着P K 值的增大，系统响应超调量加大，动作灵敏，系统的响应速度加快。
pid参数的整定过程
pid参数的整定过程
PID（比例-积分-微分）控制器是一种常用的反馈控制器，用于调节和稳定系统。
PID控制器的参数整定过程通常包括以下几个步骤：
1.初始参数设定：根据系统的性质和需求，设置PID控制器的初
始参数。
通常情况下，可以将三个参数（比例增益Kp、积分时
间Ti、微分时间Td）都设为一个较小的初始值。
2.比例增益调整：从零开始逐步增加比例增益Kp的数值，观察
系统响应的变化。
如果Kp过小，系统响应可能过慢；如果Kp
过大，系统可能会出现超调或不稳定的情况。
通过不断调整Kp
的数值，直到找到一个合适的值，使得系统响应快速且稳定。
3.积分时间调整：在找到合适的Kp之后，开始调整积分时间Ti
的数值。
增大Ti会增加积分作用的影响，降低控制器对于持续
偏差的敏感度。
然而，过大的Ti可能导致系统响应的延迟和振
荡。
通过逐步调整Ti的数值，找到一个使系统响应稳定且快速
的值。
4.微分时间调整：在完成比例增益和积分时间的调整后，可以开
始调整微分时间Td的数值。
微分作用可以抑制系统响应中的
过冲和振荡，并提高系统的稳定性。
然而，过大的Td可能会引
入噪声的放大。
通过逐步调整Td的数值，找到一个能够平衡系
统响应速度和稳定性的值。
5.反复迭代：整定PID参数是一个迭代的过程。
一旦完成了上述
步骤，需要对整个系统进行测试和观察，以确定参数的最佳组合。
如果发现系统仍然存在问题，可以根据实际情况再次进行参数调整，直到达到满意的控制效果。
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PID控制器是一种广泛应用于工业控制系统中的控制算法。
它的主要作用是根据被控对象的输入信号和输出信号之间的差异来调节控制器的输出信号，从而使被控对象的输出稳定在期望值附近。
而参数整定和优化设计是保证PID控制器能够正常工作和发挥最佳性能的关键。
参数整定是指根据被控对象的特性，选择合适的PID控制器参数，以确保系统的稳定性和快速响应。
参数整定一般分为两个步骤：初步参数整定和精细参数整定。
初步参数整定是通过经验法则或试验方法找到一个较为接近的参数组合，使得系统的响应能够满足基本需求。
常用的初步参数整定方法有：1.经验法则：根据被控对象的特性（如惯性、时滞等）选择经验的比例、积分和微分系数，并根据经验法则进行组合，如经验法则（1/4、1/2、1/8）。
2. Ziegler-Nichols方法：通过改变比例系数和积分时间来观察系统的响应特性，并根据一些准则选择合适的参数。
这种方法包括震荡法、临界比例法和临界周期法。
精细参数整定是通过对系统进行细致的分析和调整，以得到更加理想的控制性能。
常用的精细参数整定方法有：1.调整比例系数：增大比例系数可以提高系统的响应速度，但过大的比例系数可能导致系统震荡。
减小比例系数可以减小震荡，但会降低系统的响应速度。
2.调整积分时间：增大积分时间可以减小系统的静差，但过大的积分时间可能导致系统过冲或震荡。
3.调整微分时间：增大微分时间可以提高系统的稳定性，但过大的微分时间可能导致系统的噪声放大。
4.频率响应法：通过对系统的频率响应进行分析，计算出合适的PID 参数。
5.理论模型方法：通过建立系统的数学模型，采用现代控制理论方法进行参数整定。
优化设计是指对PID控制器的参数进行进一步调整，以满足系统优化的性能指标。
常用的优化设计方法有：1.最小二乘法：通过最小化控制误差的平方和来优化PID控制器的参数。
2.遗传算法：通过模拟自然进化的过程，利用种群中的个体进行参数和优化。
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控制器的参数整定
PID控制器的参数整定PID控制器是一种常用的控制器，可以通过调节其参数来实现系统的稳定性和性能要求。
PID控制器的参数整定是指通过试验和经验总结来确定合适的比例系数Kp、积分时间Ti和微分时间Td，从而使得控制系统的闭环响应最优。
在进行PID控制器参数整定之前，首先需要清楚系统的控制目标和性能指标，例如稳态误差要求、响应时间要求、超调量要求等。
根据这些要求，可以选择不同的参数整定方法。
一般来说，PID控制器参数整定可以分为以下几个步骤：1.基本参数选择：首先根据系统特性选择基本的调节参数范围，比如比例系数Kp通常在0.1-10之间选择，积分时间Ti通常在1-100之间选择，微分时间Td通常在0-10之间选择。
2.步进试验法：通过给系统输入一个步进信号，观察系统的输出响应，并根据实验数据计算系统的动态响应特性，如超调量、峰值时间、上升时间等指标。
根据这些指标可以初步估计出Kp、Ti和Td的数量级。
3. Ziegler-Nichols法：这是一种经典的参数整定方法。
首先将积分时间Ti和微分时间Td设置为0，只有比例系数Kp。
逐渐增大Kp的值，观察系统响应的特性，当系统开始出现超调时，记录下此时的比例系数Kp为Kp_c。
然后，根据实验结果计算出Kp_c对应的周期时间Tu，即峰值时间的时间。
最后，根据经验公式，可以得到Kp=0.6*Kp_c，Ti=0.5*Tu，Td=0.12*Tu的参数。
4.直接调节法：根据实际控制需求和经验，直接选择合适的比例系数Kp、积分时间Ti和微分时间Td。
比如，Kp较大时可以提高系统的响应速度，但可能会增加超调量；Ti较大时可以消除稳态误差，但会延长系统的响应时间；Td较大时可以提高系统的稳定性，但可能会引入噪声。
5.整定软件辅助：现在有很多控制软件可以辅助进行参数整定，可以通过输入系统的数学模型、参数范围和性能指标，来进行自动参数整定和优化。
总的来说，PID控制器参数整定是一个基于试验和经验的过程，需要根据具体的系统和性能要求来选择合适的方法和参数。
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PID控制器的参数整定一般包括三个部分：比例增益（Proportional Gain），积分时间（Integral Time）和微分时间（Derivative Time）。
这些参数的选择直接影响到控制系统的稳定性和响应速度。
首先，比例增益决定了输入量和误差之间的线性关系，过大的比例增益会导致系统过冲和震荡，而过小的比例增益则会导致响应速度慢。
通常情况下，可以通过试探法或经验法来选择一个适当的比例增益值，再根据实际应用中的需求进行微调。
其次，积分时间决定了积分作用对系统稳态误差的补偿能力，即消除系统的偏差。
过大的积分时间会导致系统响应迟缓和过调，而过小的积分时间则不能有效地消除稳态误差。
一种常用的方法是通过Ziegler-Nichols方法或Chien-Hrones-Reswick方法来确定适当的积分时间。
最后，微分时间决定了微分作用对系统输出量变化率的补偿能力，即消除系统的震荡。
过大的微分时间可能会导致系统过调和震荡，而过小的微分时间则不能有效地补偿系统的变化率。
一般可以通过试探法或经验法来选择一个合适的微分时间值，再根据实际情况进行调整。
除了参数整定，优化设计也是提高PID控制器性能的关键。
常见的优化方法包括模型优化、校正和自适应控制。
模型优化是指根据系统的建模结果，对PID控制器的参数进行优化。
可以通过系统的频域响应或时域响应等方法，确定最佳的参数取值。
校正是通过实时监测系统的输出值和理论值的差异，对PID控制器的参数进行在线调整。
自适应控制是指根据系统的实时状态变化，自动调整PID控制器的参数，使其能够适应不同的工作条件。
综上所述，PID控制器的参数整定及优化设计是提高控制系统性能的重要步骤。
通过适当选择比例增益、积分时间和微分时间，并利用模型优化、校正和自适应控制等方法，可以使PID控制器在不同的工作条件下具有更好的响应速度、稳定性和鲁棒性。
PID控制原理与参数的整定方法
PID控制原理与参数的整定方法PID控制器是一种常用的自动控制器，在工业控制中广泛应用。
它的原理很简单，即通过不断调节控制信号来使被控制物体的输出接近给定值。
PID控制器由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个控制参数组成。
下面将详细介绍PID控制的原理和参数整定方法。
一、PID控制原理1.比例（P）控制比例控制根据被控制量的偏差的大小，按照一定比例调节控制量的大小。
当偏差较大时，调节量增大；当偏差较小时，调节量减小。
此项控制可以使系统快速响应，并减小系统稳态误差。
2.积分（I）控制积分控制根据被控制物体的偏差的积分值来调节控制量。
积分控制的作用主要是消除系统的稳态误差。
当偏差较小但持续较长时间时，积分量会逐渐增大，以减小偏差。
3.微分（D）控制微分控制根据被控制物体的偏差的变化率来调节控制量。
当偏差的变化率较大时，微分量会增大，以提前调整控制量。
微分控制可以减小系统的超调和振荡。
综合比例、积分和微分控制，PID控制器可以通过不同的控制参数整定来适应不同的被控制物体的特性。
二、PID控制参数整定方法1.经验整定法经验整定法是根据对被控制系统的调试经验和运行情况来选择控制参数的方法。
它是通过实际试验来调整控制参数，通过观察系统的响应和稳定性来判断参数的合理性。
2. Ziegler-Nichols整定法Ziegler-Nichols整定法是根据系统的临界响应来选择PID控制参数的方法。
在该方法中，首先将I和D参数设置为零，然后不断提高P控制参数直到系统发生临界振荡。
根据振荡周期和振荡增益的比值来确定P、I和D的参数值。
3.设计模型整定法设计模型整定法是根据对被控系统的数学建模来确定PID控制参数的方法。
通过建立被控系统的数学模型，分析其频率响应和稳态特性，从而设计出合理的控制参数。
4.自整定法自整定法是通过主动调节PID控制器的参数，使被控系统的输出能够接近给定值。
该方法可以通过在线自整定或离线自整定来实现。
智能PID控制器的参数整定及实现
智能PID控制器的参数整定及实现智能PID控制器是一种能够自动调整PID控制器参数的控制器，它利用智能算法来优化PID参数，以获得更好的控制效果。
在实际应用中，智能PID控制器的参数整定是非常重要的环节，下文将详细介绍智能PID控制器参数整定的方法和实现。
一、智能PID控制器参数整定方法1.基于经验的整定方法：这种方法主要是根据经验和实际应用中的知识来进行PID参数的选择。
可以通过试错法、查找表、经验公式等手段来完成。
2.系统辨识法：这种方法是通过对控制对象进行实验，获取系统的动态响应曲线，然后通过辨识技术来确定PID参数。
常用的系统辨识方法包括阶跃法、脉冲法等。
3.优化算法：这种方法是利用优化算法来优化PID参数，以使控制系统性能指标达到最优。
常用的优化算法包括遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。
二、智能PID控制器参数整定实现1.系统建模：首先需要对控制对象进行建模，获取系统的数学模型。
可以通过物理建模、经验建模等方法得到系统的传递函数或差分方程。
2.参数初始化：为了使智能PID控制器正常运行，需要对PID参数进行初始化。
一般情况下，可以根据系统经验和控制要求来设置初始值。
3.优化算法选择：根据实际情况选择合适的优化算法，并确定相应的目标函数和约束条件。
优化算法的选择应考虑算法的收敛性、计算效率和适应性等因素。
4.参数优化：根据所选的优化算法，对PID参数进行优化。
通过迭代的方式，不断调整参数，直至达到最优的控制效果。
5.参数调整策略：根据实际应用需求，制定合适的参数调整策略。
可以选择周期性调整策略、事件触发调整策略等，以保持参数的稳定性和稳定性。
6.参数验证：对优化后的参数进行仿真或实验验证，检验参数是否满足控制要求。
如果不满足要求，可以调整参数初始化值，并重新进行优化。
7.参数更新：如果控制对象存在变化或外界环境影响，需要及时更新PID参数。
可以采用在线优化算法来实现参数的动态更新。
通过以上步骤，智能PID控制器的参数整定可以得到满足实际应用需求的参数设置。
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控制器参数整定设计方案
PID控制器参数整定设计方案PID控制器是一种常用的控制算法，能够根据反馈信号对控制系统进行自动校正。
PID控制器的参数整定是指确定其比例增益Kp、积分时间Ti和微分时间Td的过程，以达到系统稳定、快速响应和抗干扰能力强的目标。
参数整定的设计方案可以分为经验法、试验法和数学优化法。
其中经验法是基于经验公式或规则进行参数选择，简单易行；试验法是通过实际系统的频率响应或阶跃响应进行参数优化；数学优化法是通过数学模型和数学方法进行参数优化，可以充分利用系统信息，但计算复杂度较高。
一、经验法：1.负载法：保持系统稳定工作，逐步增大比例增益Kp，观察系统是否出现超调或振荡现象，选择合适的Kp值。
2.相位裕量法：通过观察系统频率响应曲线，选取合适的相位裕量来确定Kp和Ti的初值。
3. Ziegler-Nichols法：通过输出曲线中的时间常数和周期来确定Kp和Ti的初值。
二、试验法：1.阶跃响应法：对系统进行单位阶跃输入，观察输出响应曲线，根据超调量和上升时间来确定参数。
2.频率法：通过改变系统输入信号的频率，观察输出幅频特性曲线，选取合适的增益裕量来确定参数。
3.周响应法：对系统进行周期性输入，观察输出响应曲线，根据周期和振幅的变化来确定参数。
三、数学优化法：1.差分演化算法：通过仿真模型进行参数优化，在一定迭代次数内找到使系统性能最优的参数组合。
2.遗传算法：通过模拟自然中的优胜劣汰和基因传递机制，生成一组符合条件的参数，并通过交叉和突变进行进一步优化。
在实际应用中，可以综合使用以上不同的参数整定方法，根据系统特点和需求来确定参数。
同时，还可以考虑使用自适应控制算法，如模糊PID、自适应PID等，根据系统响应实时调整参数，提高控制效果。
需要注意的是，参数整定过程中需要考虑系统的稳定性、稳态误差、响应速度和抗干扰能力等多个指标，并进行合理的权衡。
此外，实际系统中可能存在不确定性或变动性因素，要做好参数调整的适应性和鲁棒性设计。
实验1 连续系统PID控制器设计及其参数整定.pdf
实验一连续系统PID控制器设计及其参数整定一、实验目的（1）掌握PID控制规律及控制器实现。
（2）对给定系统合理地设计PID控制器。
（3）掌握对给定控制系统进行PID控制器参数在线实验工程整定的方法。
二、实验原理在校正中，PID控制器增加了一个位于原点的开环极点，和两个位于s左半平面的开环零点。
除了具有PI控制器的优点外，还多了一个负实零点，动态性能比PI更具有优越性。
通常应使积分发生在低频段，以提高系统的稳态性能，而使微分发生在中频段，以改善系统的动态性能。
三、实验内容（1）Ziegler-Nichols——反应曲线法反应曲线法适用于对象传递函数可以近似为Ts K+1e-Ls的场合。
先测出系统处于开环状态下的对象动态特性(即先输入阶跃信号，测得控制对象输出的阶跃响应曲线)，如图1-1所示，然后根据动态特性估算出对象特性参数，控制对象的增益K、等效滞后时间L和等效时间常数T，然后根据表1-1中的经验值选取控制器参数。
图1-1 控制对象开环动态特性控制器类型比例度δ%比例系数K p 积分时间T i 微分时间T d P KL/T T/KL ∞0PI 1.1KL/T 0.9T/KL L/0.3 0PID 0.85KL/T 1.2T/KL 2L 0.5L【范例1-1】已知控制对象的传递函数模型为:G(s)=10试设计PID控制( s+1)( s+ 3)( s+ 5)器校正，并用反应曲线法整定PID控制器的K p、T i和T d，绘制系统校正后的单位阶跃响应曲线，记录动态性能指标。
【解】1）求取被控制对象的动态特性参数 K、L、T。
num=10;den=conv([1,1],conv([1,3],[1,5]));G=tf(num,den);step(G);k=dcgain(G)k=0.6667程序运行后，得到对象的增益K=0.6667，阶跃响应曲线如图1-2所示，在曲线的拐点处作切线后，得到对象待定参数；等效滞后时间L=0.293s，等效时间常数T=2.24-0.293=1.947s。
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参数自整定的方法及实现
PID参数自整定的方法及实现PID控制器是一种常见的控制器类型，可以用于许多自动控制系统中。
PID控制器的性能很大程度上取决于参数的选择，因此需要进行参数自整定来提高系统的稳定性和响应速度。
常见的PID参数自整定方法包括Ziegler-Nichols方法、Chien-Hrones-Reswick方法、频率响应法、模糊PID控制方法等。
其中，Ziegler-Nichols方法是最常用和简单的方法之一、该方法通过实验来确定系统的临界增益和周期，从而确定参数。
具体步骤如下：1.首先将系统的输出作为输入，增大控制器的增益直到系统开始发生振荡，即系统的曲线变为震荡波形。
2.记下此时的控制器增益，称为临界增益(Ku)。
3.记下系统振荡的周期，称为临界周期(Tu)。
根据Ziegler-Nichols方法得到的临界增益和临界周期，可以计算得到PID参数的初值：-比例增益参数(Kp)=0.6*Ku-积分时间参数(Ti)=0.5*Tu-微分时间参数(Td)=0.125*Tu然后，通过实际调试和测试来对这些初值进行微调，以获得更好的控制效果。
微调的方法包括手动试错法、自适应控制法等。
此外，Chien-Hrones-Reswick方法是另一种常见的PID参数自整定方法，它基于频域响应的分析。
该方法需要对系统的传递函数进行频率响应的测试，然后根据响应曲线的特性来确定参数。
通过分析频率响应曲线，可以得到PID参数的初值，并进行微调。
模糊PID控制法是一种基于模糊逻辑的参数整定方法，它通过模糊控制器来实现PID参数的在线调整。
模糊PID控制法的优点在于可以根据系统的实时性能来动态地调整参数，适用于复杂的非线性系统。
实现PID参数自整定的方法有多种途径，可以通过MATLAB等数学建模软件进行模拟实验和参数分析，也可以通过控制器硬件进行实际调试。
对于一些特定类型的系统，还可以通过系统辨识的方法来推导出传递函数，从而进行参数的精确计算。
PID控制及参数整定
PID控制及参数整定PID控制是一种常用的控制器设计方法，广泛应用于各种自动控制系统中。
PID控制器基于被控对象的误差信号，通过比例、积分和微分三个部分进行加权计算，生成控制量来驱动被控对象，使其输出接近设定值。
参数整定是指通过调整PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间等参数，使得控制系统性能最佳化。
本文将详细介绍PID控制及参数整定的相关内容。
一、PID控制原理F(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，Kp、Ki和Kd分别是比例增益、积分时间和微分时间，e(t)为被控系统目标值与实际值之间的误差，de(t)/dt为误差的变化速率。
-比例作用：比例增益Kp使得控制器能够对误差进行直接补偿，其作用是使系统更快地接近目标值。
当比例增益增大时，系统响应速度更快，但可能引起过冲或稳定性问题。
-积分作用：积分时间Ki使得控制器能够记录误差的累积量，并对其进行补偿。
积分作用可以消除稳态误差，提高系统的精度。
但积分时间过长可能引起系统的振荡或不稳定。
-微分作用：微分时间Kd使得控制器对误差的变化率进行补偿，以避免系统过冲或振荡。
微分作用可以提高系统的稳定性和抗干扰能力。
但微分时间过大可能引起系统的噪声放大或响应迟滞。
二、PID参数整定方法PID参数整定是为了找到合适的Kp、Ki和Kd值，以获得最佳的控制系统性能。
常用的PID参数整定方法有以下几种：1.经验调整法：根据经验公式或类似系统的参数进行估计。
这种方法简单易行，但精度较低，适用于对控制精度要求不高的系统。
2. Ziegler-Nichols方法：这是一种经典的PID参数整定方法，通过系统的临界增益和临界周期来确定合适的参数。
具体步骤是先将系统增益逐渐增大，直到系统开始振荡，记录振荡的周期和振幅。
然后根据临界周期和振幅计算出Kp、Ki和Kd值。
这种方法相对简单，但对系统的稳定性有一定要求。
3.调整法：根据控制系统的特性和需求进行逐步调整。
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1.基于经验法：通过经验法简单快速地调整PID控制器的参数。
这种方法适用于一些简单的控制系统，但不适用于复杂的或非线性系统。
其中包括以下三种方法：-手动调节法：根据系统的实际情况，通过人工调节参数来达到系统的期望控制效果。
通常是先调节比例参数，再逐步调节积分和微分参数，直到系统响应稳定且无超调。
- Ziegler-Nichols法：该方法通过系统的阶跃响应曲线来确定参数。
首先，关闭积分和微分控制，只保留比例控制。
然后，逐步提高比例增益，直到系统发生持续的振荡。
根据系统的振荡周期和幅值，可以计算出适合的参数。
最后，再根据经验公式计算出最终的参数。
- Cohen-Coon法：该方法同样通过系统的阶跃响应曲线来确定参数。
首先，关闭积分和微分控制，只保留比例控制。
然后，根据系统的响应曲线，计算出滞后时间和时间常数。
再根据经验公式计算出最终的参数。
2.基于频率响应法：频率响应法通过分析系统的幅频特性和相频特性，确定PID控制器的参数。
其中包括以下两种方法：- 波特曼法：该方法通过对系统的开环频率响应曲线进行测量和分析，从而得到PID控制器的参数。
首先，绘制系统的Bode图，并测量得到相角裕度和增益裕度。
然后，根据经验公式计算出最终的参数。
-相位余量补偿法：该方法通过补偿系统的幅频特性和相频特性来确定PID控制器的参数。
首先，根据系统的开环传递函数，计算出稳定裕度。
然后，根据经验公式计算出最终的参数。
3.基于优化算法：优化算法通过数学求解或计算机迭代的方式，自动调节PID控制器的参数。
其中包括以下两种方法：-正交设计法：该方法通过正交试验设计的方法，选取一组试验点来进行系统响应的测量。
然后，根据系统的响应数据，使用数学模型或优化算法来计算出最优的参数组合。
-遗传算法：该方法通过模拟生物进化的过程，使用基因编码和自然选择的原理来进行参数调节。
首先，随机生成一组初始参数，并计算出适应度函数。
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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1 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，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。
智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。
自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
一个控控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。
控制器的输出经过输出接口﹑执行机构，加到被控系统上;控制系统的被控量,经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。
不同的控制系统﹐其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。
比如压力控制系统要采用压力传感器。
电加热控制系统的传感器是温度传感器。
目前,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。
有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器,能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PIＤ控制的ＰC系统等等。
可编程控制器(PＬC)是利用其闭环控制模块来实现PIＤ控制，而可编程控制器（ＰLC)可以直接与ＣontroｌNｅｔ相连。
还有可以实现ＰIＤ控制功能的控制器，如Rｏckweｌl 的Lｏｇｉｘ产品系列,可以直接与Con ｔroｌＮｅt相连，利用网络实现其远程控制功能。
控制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稳态误差,它表征系统的控制精度。
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专门用于改善性能的附加装置，这个附加装置就是校正装置。
当控制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,以实现在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。
当系统的动态性能满足要求，而其稳定性态性能不好时，就要求所加的校正装置要使系统的开环增益有较大的增大，使系统的动态性能不发生明显的变化,因此要加入滞后校正装置。
若要将两种校正结合起来应用,必然会同时改善系统的动态和稳态性能，这就是滞后——超前校正。
而PID控制器能够满足这两方面的要求，但根据系统性能指标的要求,正确地调整PＩD的三个参数是非常重要的。
本次设计就主要围绕调节PＩD的参数进行。
２ 总体方案设计对系统进行PID 控制的设定,当系统的被控对象很复杂时,难以用解析法建立数学模型,可用Z ——N 法去调整PID 控制器的参数，非常实用,有效和方便。
Z ——N 法有两种实施的办法，共同的目标是使被控系统的阶跃响应具有2５％的超调量。
于是就有了下面两种方案。
2.１ 方案设计方案一：这种方案是先假设Ti 为无穷大，Td=0,即只有比例控制Ｋp 。
具体的做法是：将比例系数Kp 值由零逐渐增大到系统的输出首次呈现持续的等幅振荡,此时对应的Ｋp 值为临界增益,用Ｋc 表示，并记下振荡的周期Tc,对于这种情况，齐格勒和尼可尔斯提出公式，以确定相应PID 控制器的参数K ｐ、Ti 、和Td 的值。
其传递函数也是一个极点在坐标原点，两个零点均位于-4处。
图 2．1 方案一方框图PID 调节器：K ｐ=0.6K ｃ,Ｔｉ＝０.5Tc,Ｔｄ＝０.125Tc表2.1 Z-N 第二法的参数表方案二：表２.2 Z-Ｎ第一法的参数表2．2方案论证方法一临界比例法简单并且是闭环,使用起来比第二种方案范围要大点。
第二种响应曲线法有一个缺点就是必须要S型的响应曲线，并且第二种方案是开环的，容易受到干扰，使得PID控制不准确。
2.３方案选择通过分析题目和课程设计要求，我认为选择第一种方案更为简单和准确,因为第二种方案的要求(S型曲线）题目可能不能达到。
还需要花时间证明是否是Ｓ型曲线。
所以比起方案一要复杂的多，耗费的时间也更多，所以我选用方案一来完成本次课程设计。
3 单元模块设计3．1对系统性能指标进行分析由设计要求可以得知,系统是在受到阶跃信号后产生相应的，由Matｌab的simulink进行了仿真图的搭建,如图3.1所示：图3.１校正前连线图在mａｔlａb操作环境中键入以下程序,会得到系统的阶跃响应的曲线图和伯德图,图3．２为maｔｌab绘制的其闭环传递函数的单位阶跃响应曲线，图3.3为matlab绘制的其闭环传递函数的伯德图。
g1=tf（9.9,[120 １]）；ｇ2=tf(0.107，［10 １]);taｕ１＝80;［nｐ,dｐ]＝pade(tau1,２）;ｇp=tｆ(ｎp,dp);g=g1＊gp；cｌｏse=g/(1+g＊ｇ2）ｓｔｅp（close)boｄe(close)根据图上的信息可以得于如表3.1所示的原系统性能指标如下所示：超调量σ% =[()()]*100%()C MAX CMpC-∞=∞＝(6.0８-4.82)／４.８2=2６.1%上升时间Tr 峰值时间Tp 调整时间Ｔｓ波形峰值波形稳定值15９ s 22２ｓ32５ s 6．08 v ４．８2 v表3．１原系统性能指标图3.2 原系统闭环传递函数的单位阶跃响应曲线图3.3 原系统闭环传递函数的伯德图由阶跃信号经过了闭环控制系统,最后由Scｏpｅ来观察波形,点击上方的运行按钮之后再双击Sc ｏｐe 就弹出了如图3.4所示的波形。
从图上可以看出,由matlab 的s ｔｅp 函数绘制的系统单位阶跃函数曲线和示波器上显示的图形是一样的。
图3.４ Scop ｅ输出波形系统的动态性能指标，远不能满足设计的要求,静态误差也不能满足要求。
这是就需要运用校正电路来弥补这些差别的存在。
３．２ PID 控制器的工作原理PI Ｄ校正装置(又称PID 控制器或ＰI Ｄ调节器）是一种有源校正装置,它是最早发展起来的控制策略之一,在工业过程控制中有着最广泛的应用,其实现方式有电气式、气动式和液力式。
与无源校正装置相比,它具有结构简单、参数易于整定、应用面广等特点,设计的控制对象可以有精确模型，并可以是黑箱或灰箱系统。
图３.４为它的控制结构框图，典型PI Ｄ 为滞后－超前校正装置。
图3.4 PI Ｄ校正系统由图可见,ＰID 控制器是通加对误差信号e(t)进行比例、积分和微分运算,其结果的加权,得到控制器的输出u(t ），该值就是控制对象的控制值。
PI Ｄ控制器的数学描述为:()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⎰dt t de T dt t e T t e K t u d t i p 01)( 式中u(ｔ)为控制输入,e(t)＝r(t)-ｃ（t)为误差信号,r(t)为输入量,c(t)为输出量。
在 PIＤ控制器中,错误信号（受控系统期望的温度与实际温度之间的差值)在加到温度控制电源驱动电路之前先分别以三种方式(比例、积分和微分)被放大。
比例增益向错误信号提供瞬时响应。
积分增益求出错误信号的积分,并将错误减低到接近零的水平。
积分增益还有助于过滤掉实测温度信号中的噪音。
微分增益使驱动依赖于实测温度的变化率,正确运用微分增益能缩短响应定位点改变或其它干扰所需的稳定时间。
然而，在许多情况下，比例积分(PI：Ｐropｏｒtｉｏnａｌ－Inｔegrａl,没有微分增益)控制策略也可以产生满足要求的结果,而且通常要比完全的 PＩD控制器更容易调整到稳定的运行状态,并获得符合要求的稳定时间。
PID解决了自动控制理论所要解决的最基本问题,既系统的稳定性、快速性和准确性。
调节ＰＩＤ的参数，可实现在系统稳定的前提下，兼顾系统的带载能力和抗扰能力，同时，在PID 调节器中引入积分项，系统增加了一个零积点，使之成为一阶或一阶以上的系统，这样系统阶跃响应的稳态误差就为零。
ﻩ综合前面所述,PIＤ控制器是一种有源的迟后-超前校正装置，且在实际控制系统中有着最广泛的应用。
当系统模型已知时,可采用迟后－超前校正的设计方法。
若系统模块未知或不准确，则可后述方法进行设计。
3．3 Ｐ，I和Ｄ控制器的连接３.３.1 Ｐ控制器图３.５P控制器的连接图在K取３５时，运行此P控制器得的仿真波形图如下：图3.6 P控制器得的仿真波形图比例调节器对所有频率信号控制作用强度相同，它的特点是迅速,有残差。
增大比例P将加快系统的响应,其作用是放大误差的幅值，它能快速影响系统的控制输出值,但仅靠比例系数的作用，系统不能很好地稳定在一个理想的数值，其结果是虽较能有效地克服扰动的景响,但有稳态误差出现，过大的比例系数还会使系数出现较大的超调并产生振荡，使稳定性变差。
3.3.2 I控制器图3．7I控制器的连接图在1Ti＝０.０0６2时,运行此P控制器得的仿真波形图如下:图3.8 Ｉ控制器得的仿真波形图Ｉ控制器的特点是调节时间较大，无残差。
对于一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差劲，则称这个控制系统为有差系统,为了消除稳态误差,在控制器中必须引入积分项。
积分项对误差的作用取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大，这样，即便是误差很小，积分项也会随着时间的增加面加大,它推动控制器的输出向稳态误差减小的方向变化,直到稳态误差为零。
３.3.3 D控制器图3.９D控制器的连接图在Ｔd＝37时，运行此D控制器得的仿真波形图如下：图3.１0 D控制器得的仿真波形图D控制器的特点是迅速并且超前。
微分具有超前作用，在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分成正比关系。
微分项能预测误差变化的趋势，从面做到提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从面避免了被害人控量的严重超调,改善了系统在调节过程中的动态特性。
3．4校正电路的连接如上提到的，需要一个校正电路来进行校正才能够满足要求,这里就用到了ＰID控制器来进行校正,校正的装置电路如图3.5所示图3.1１PID控制器系统采用了比例（增益)因子、微分因子、积分因子模块来作为校正环节，其参数还需要进行设置才能够满足。
3.5设定校正系统的参数３.5.1 确定Ｋp根据方案一的要求，先确定Kp。
去掉PID的积分项和微分项，一般是令Ti＝0、Tｄ=0,使PID为纯比例调节。
由0逐渐加大比例增益Ｐ,直至系统出现振荡时确定下Kp的值。
运用Matlａb进行仿真,选择合适的参数。
当Ｋ＝2时，在ｍaｔlaｂ操作环境中键入以下程序即可得到K＝2时,系统的阶跃响应曲线如图3．6所示:g1=tf（9.9,[120 １]);g２＝ｔf(0.107,[１0 1］);taｕ1＝80;［ｎp,dp]＝paｄe（tau1,2）;gp=tf(ｎp,dp)；g=g1＊ｇｐ*２;cloｓe=g／(１+g*g２)；Steｐ(cloｓe)由图可知,Kp＝2时，系统的性能指标如下表:上升时间Tｒ峰值时间Ｔｐ调整时间Ｔｓ波形峰值波形稳定值127 s 191s 1５00 ｓ11.3 v 6．３3 v超调量σ％ =[()()]*100%()C MAX CMpC-∞=∞＝（11.3-6.33）/6．33=78．5１%图3.１２Ｋｐ=２时系统的阶跃响应曲线由性能指标可以知道,当Kｐ=2时,系统的超调量过大,系统的被控制量会产生过大的动态降落,并且系统的调整时间过长，所以不满足条件。