优化PID控制器参数整定方法

PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。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，概括起来有如下两大类：

一是理论计算整定法。它主要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使用，还必须通过工程实际进行调整和修改。

二是工程整定法。它主要依赖于工程经验，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。

1.整定的方法和步骤

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使系统工作。

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和临界振荡周期。

3）在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。

2.PID参数的经验值

在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。常见系统的经验值如下：

1）对于温度系统：P（%）20～60，I（分）3～10，D（分）0.5～3。

2）对于流量系统：P（%）40～100，I（分）0.1～1。

3）对于压力系统：P（%）30～70，I（分）0.4～3。

4）对于液位系统：P（%）20～80，I（分）1～5。

3.PID参数的整定实例(www.xing528.com)

PID参数的整定对于初学者来说并不容易，不少初学者看到PID的曲线往往不知道是什么含义，当然也就不知道如何着手调节了，以下用几个简单的例子进行介绍。

【例9-1】某系统的电炉在进行PID参数整定时，其输出曲线如图9-5所示，设定值和测量值重合（55℃），所以有人认为PID参数整定成功，请读者分析，并给出自己的见解。

解：在PID参数整定时，分析曲线图是必不可少的，测量值和设定值基本重合这是基本要求，并非说明PID的参数整定就一定合理。

分析PID运算结果的曲线至关重要。如图9-5所示，PID运算结果的曲线虽然很平滑，但过于平坦，这样电炉在运行过程中，其抗干扰能力弱，也就是说，当负载对热量需要稳定时，这个设定无问题，但当负载热量变化大时，测量值和设定值就未必处于重合状态了。这种PID运算结果的曲线过于平坦说明P过小。

图9-5 PID曲线图（1）

将P的数值设定为30.0，如图9-6所示，整定就比较合理了。

【例9-2】某系统的电炉在进行PID参数整定，其输出曲线如图9-7所示，设定值和测量值重合（55℃），所以有人认为PID参数整定成功，请读者分析，并给出自己的见解。

解：如图9-7所示，虽然测量值和设定值基本重合，但PID参数整定不合理。

这是因为PID运算结果的曲线已经超出了设定的范围，实际就是超调，说明比例环节P过大。

图9-6 PID曲线图（2）

图9-7 PID曲线图（3）