如何优化PID参数？

PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它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。二是工程整定方法。它主要依赖工程经验，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。但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。

1.数字PID控制算法的参数选择

数字PID控制算法的参数选择一般根据被控过程的特性、采样周期的大小、工程上其他具体要求等来确定PID参数，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K_k和临界振荡周期T_k。

3）计算控制度；

4）通过公式计算得到PID控制器的参数，计算方法见表5-13。

控制度一般很难求出，可以在表5-13中选取不同控制度的几组参数分别检验控制的效果，然后择优选用。

表5-13 临界比例法PID参数计算表

2.PID参数的经验数据

PID控制器参数的工程整定，各种调节系统中PID参数的经验数据可以参照如下：

温度T：P=20%～60%、T_s=10～20s、T_I=180～600s、T_D=3～180s；

压力P：P=30%～70%、T_s=3～10s、T_I=24～180s；

液位L：P=20%～80%、T_s=6～8s、T_I=60～300s；

流量L：P=40%～100%、T_s=1～5s、T_I=6～60s。

注：P：比例带；T_I：积分时间；T_D：微分时间；T_s：采样周期。

根据经验方法，PID参数可以按以下公式计算：K_p=1/P，K_i=K_p*T_s/T_I，K_d=K_p*T_D/T_s，将计算值作为PID参数调整的初始值，根据控制效果反复修改参数，使系统达到相对最佳的控制效果。

3.PID参数整定口诀

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；

曲线漂浮绕大弯，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，前高后低四比一；

一看二调多分析，调节质量不会低。

4.三菱FXPLC的PID指令

（1）指令格式PID指令将当前过程测定值[S2]与目标设定值[S1]之差送到PID环中运算，得到当前输出控制值送到[D]目标寄存器。

[S3]指定PID运算的参数表的首地址。参数表占用25个数据寄存器，因此首元件地址号不可大于D7975。(www.xing528.com)

本指令可多次使用，但注意各PID环占用的数据寄存器不可重复使用。

PID指令的出错标志是M8067，相应的出错码存放在D8067。

PID指令格式如图5-25所示。

图5-25 三菱FX PLC的PID指令格式

（2）PID指令参数表PID指令的参数表占用了[S3]指定开始的连续25个数据寄存器，使用停电保持型数据寄存器以保持所有参数。PID参数表中一部分必须由用户在PID运算前通过MOV指令等预先写入，一部分留作内部运算用，还有一部分用于存放运算结果。

[S3]采样时间（T_s）

采样时间T_s的最大误差-（1扫描周期+1ms）～+（1扫描周期）。T_s的数值较小时，这种误差将成为问题。在这种情况下，请执行恒定扫描模式或在定时中断程序中编程。采样时间T_s≤PLC的1扫描周期，则M8067=ON，D8067=K6740，并按T_s=PLC的1扫描周期执行PID运算。在这种情况下，建议在定时中断中使用PID指令。

[S3]+1动作方向（ACT）（功能设置见表5-14）

表5-14 PID指令功能设置表

正动作是指当前过程值PV大于设定值SV时动作，反动作是指当前过程值PV小于设定值SV时动作。

[S3]+2输入滤波常数（α）0～99（%）0时没有滤波时间

输入滤波使测定值变化平滑。

[S3]+3比例增益（K_P）1～32767（%）

[S3]+4积分时间（T_I）0～32767（×100ms）0时作为∞处理

[S3]+5微分增益（K_D）1～100（%）0时无微分增益

[S3]+6微分时间（T_D）3～32767（×10ms）0时无微分处理

[S3]+7～[S3]+19 PID运算内部处理

[S3]+20过程量最大增量值0～32767

[S3]+21过程量最大减量值0～32767

[S3]+22输出增量报警设定值0～32767

另外，输出上限设定值-32768～32767

[S3]+23输出减量报警设定值0～32767

另外，输出下限设定值-32768～32767

[S3]+24报警输出

bit0输入增量溢出

bit1输入减量溢出

bit2输出增量溢出

bit3输出减量溢出

注：[S3]+20～[S3]+24使用的有效与否由用户设定的[S3]+1（ACT）中K2～K7设置情况决定。