常用口訣

參數整定找最佳，從小到大順序查

先是比例后積分，最后再把微分加

曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大

曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳

曲線偏離回復慢，積分時間往下降

曲線波動周期長，積分時間再加長

曲線振蕩頻率快，先把微分降下來

動差大來波動慢。微分時間應加長

理想曲線兩個波，前高后低4比1

一看二調多分析，調節(jié)質量不會低

01基礎知識

1.  比例（P）控制

比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。

2. 積分（I）控制

在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。

3.  微分（D）控制

在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出現振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調節(jié)過程中的動態(tài)特性。

02PID控制器的參數整定

PID控制器的參數整定是控制系統(tǒng)設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。

PID控制器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類：

①理論計算整定法：

它主要是依據系統(tǒng)的數學模型，經過理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。

②工程整定方法：

它主要依賴工程經驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。

PID控制器參數的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數，都需要在實際運行中進行最后調整與完善?，F在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行PID控制器參數的整定步驟如下：

(1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作﹔

(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期﹔

(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數。

四類被調參數的一般范圍如下

01
臨界比例度法

一個調節(jié)系統(tǒng)，在階躍干擾作用下，出現既不發(fā)散也不衰減的等幅震蕩過程，此過程成為等幅振蕩過程，如下圖所示。此時調節(jié)器的比例度為臨界比例度δ_k，被調參數的工作周期為為臨界周期T_k

臨界比例度法整定PID參數步驟

1、將調節(jié)器積分時間設定為無窮大、微分時間設定為零（即T_i＝∞，T_d＝0），比例度適當取值，調節(jié)系統(tǒng)按純比例作用投入。穩(wěn)定后，適當減小比例度，在外界干擾作用下，觀察過程變化情況，尋取系統(tǒng)等幅振蕩臨界狀態(tài)，得到臨界參數。

2、根據臨界比例度δ_k和為臨界周期T_k，按下表計算出調節(jié)器參數整定值

臨界比例度法PID參數整定經驗公式

3、將計算所得的調節(jié)器參數輸入調節(jié)器后再次運行調節(jié)系統(tǒng)，觀察過程變化情況。多數情況下系統(tǒng)均能穩(wěn)定運行狀態(tài)，如果還未達到理想控制狀態(tài)，進需要對參數微調即可。

02
衰減曲線法

衰減曲線法整定調節(jié)器參數通常會按照4:1和10:1兩種衰減方式進行，兩種方法操作步驟相同，但分別適用于不同工況的調節(jié)器參數整定。

4:1衰減曲線法整定調節(jié)器參數

純比例度作用下的自動調節(jié)系統(tǒng)，在比例度逐漸減小時，出現4:1衰減振蕩過程，此時比例度為4:1衰減比例度δ_s，兩個相鄰同向波峰之間的距離為4:1衰減操作周期T_S，如下圖所示

4:1衰減曲線法整定PID參數步驟如下：

1、將調節(jié)器積分時間設定為無窮大、微分時間設定為零（即Ti＝∞，Td＝0），比例度適當取值，調節(jié)系統(tǒng)按純比例作用投入。系統(tǒng)穩(wěn)定后，逐步減小比例度，根據工藝操作的許可程度加2％-3％的干擾，觀察調節(jié)過程變化情況，直到調節(jié)過程變化達到規(guī)定的4：1衰減比為止，得到4：1衰減情況下的比例度δ_s和衰減操作周期T_S。

2、根據δs和Ts值按以下公式計算出調節(jié)器整定參數
4:1衰減曲線法PID參數整定經驗公式

3、將比例度放在比計算值略大的數值上，逐步引入積分和微分作用。
4、將比例度降至計算值上，觀察運行，適當調整。

10:1衰減曲線法整定調節(jié)器參數

在部分調節(jié)系統(tǒng)中，由于采用4:1衰減比仍嫌振蕩比較厲害，則可采用10:1的衰減過程，如下圖所示。這種情況下由于衰減太快，要測量操作周期比較困難，但可測取從施加干擾開始至第一個波峰飛升時間Tr。

10:1衰減曲線法整定調節(jié)參數步驟和4:1衰減曲線法完全一致，僅采用的整定參數和經驗公式不同。

10：1衰減曲線法PID參數整定經驗公式