调节器参数的工程优化设计

数字PID调节器参数的整定是控制系统设计的核心内容。它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。一些改进调节器基本源于PID。可以说PID调节器是其他控制调节算法的基础。

PID应用广泛的原因是其解决了自动控制理论需要解决的最基本问题，即系统的稳定性、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，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。

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不可以直接使用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法。它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，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、动态特性参数法、稳定边界法、阻尼振荡法、现场经验整定法、极限环自整定法等。各种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式或相应计算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和完善。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和临界振荡周期；③在一定得控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。(www.xing528.com)

由于自动控制系统被控对象的千差万别，PID的参数也必须随之变化，以满足系统的性能要求。在实际控制系统中，一旦工况改变了，也就是过程对象的“特性”改变了，那么控制器参数的“最佳”值也就会随着改变。这就意味着需要随时整定控制器的参数，以满足控制系统满足过程控制对象的快速性、准确性和稳定性的要求。