如何优化PID控制器的参数设置？

PID控制器的优化整定是一种基于被控对象和经验的参数确定方法，生产过程中要求系统能够根据被测参数、环境及原材料的变化而自动对控制器进行调节，使系统随时处于最佳状态。即要求PID控制器具有在线修正参数的功能，特别当系统的非线性特性较强时，传统的基于线性化模型的PID设计方法难以获得良好的控制效果。为此，应采用PID控制器参数优化整定。利用Simulink的NCD Outport模块（MATLAB 6.5）或Signal Constraint模块（MATLAB 7.5）可以对PID控制器参数进行优化整定。

采用Simulink Response Optimization中的Signal Constraint模块对PID控制器参数优化Simulink仿真结构图如图3-52所示。

图3-52 PID控制器参数优化Simulink仿真结构图

采用常规模型PID参数整定PID控制器参数为K_P＝0.29、T_I＝375、T_D＝93，系统的输出响应为不稳定的，如图3-53a所示，即使人为多次再进行调节K_P＝0.2、T_I＝1000、T_D＝10，系统的输出响应如图3-53b所示，此时系统虽然稳定，但滞后时间比较长也很难满足系统的要求，并且费时费力。

图3-53 系统输出响应

根据系统时域性能指标如调节时间（Setting Time）、上升时间（Rise Time）、超调量（Percent Overshoot）等要求，在系统模型窗口双击Signal Constraint模块，即打开时域性能指标约束窗口，如图3-54所示。

图3-54 PID控制器的优化参数设置(www.xing528.com)

打开Optimization中的Tuned Parameters设置优化参数，将PID控制器的参数Kc、Td、Ti作为优化参数，点击“Add…”按钮，把Kc、Td、Ti添加到参数窗口，最后点击“OK”按钮，如图3-55所示。

在Signal Constraint模块点击运行按钮，开始优化过程，优化计算时系统的响应曲线在时域约束窗口如图3-56a所示。响应曲线逐渐接近系统指标要求，最后给出PID参数的优化值如图3-56b所示。

图3-55 参数优化设置

图3-56 参数优化过程

优化结束后，在模型窗口启动仿真，得到系统的阶跃响应曲线如图3-57所示。

图3-57 优化参数下系统的输出响应