PID控制器参数整定方法详解

1.采样时间的确定

PID控制程序是周期性执行的，执行的周期称为采样时间T_S。采样时间越小，采样值越能反映模拟量的变化情况。但是T_S太小会增加CPU的运算工作量，所以T_S也不宜过小。

确定采样时间时，应保证在被控量迅速变化的区段（例如幅度变化较大的衰减振荡过程），能有足够多的采样点数，假设将各采样点的过程变量pv（n）连接起来，应能基本上复现模拟量过程变量pv（t）曲线，以保证不会因为采样点过稀而丢失被采集的模拟量中的重要信息。

表8-1给出了过程控制中采样时间的经验数据，表中的数据仅供参考。以温度控制为例，一个很小的恒温箱的热惯性比一个几十立方米的加热炉的小得多，它们的采样时间显然也应该有很大的差别。实际的采样时间需要经过现场调试后确定。

表8-1 采样时间的经验数据

2.PID参数的整定方法

PID控制器输出的比例、积分、微分部分都有明确的物理意义。可以根据控制器的参数与系统动态性能和静态性能之间的定性关系，用实验的方法来整定控制器的参数。在整定过程中最重要的问题是在系统性能不能令人满意时，知道应该调节哪一个参数，该参数应该增大还是减小。有经验的调试人员一般可以较快地得到较为满意的调试结果。可以按以下规则来整定PID控制器的参数：

1）为了减少需要整定的参数，可以首先采用PI控制器。给系统输入一个阶跃给定信号，观察过程变量pv（t）的波形，由此获得系统性能的信息，例如超调量和调节时间。

2）如果阶跃响应的超调量太大（见图8-19），经过多次振荡才能进入稳态或者根本不稳定，应增大积分时间T_I或（和）减小控制器的增益K_P。(www.xing528.com)

如果阶跃响应没有超调量，但是被控量上升过于缓慢（见图8-5），过渡过程时间太长，应按相反的方向调整上述参数。

3）如果消除误差的速度较慢，可以适当减小积分时间，增强积分作用。

4）反复调节增益和积分时间，如果超调量仍然较大，可以加入微分分量，即采用PID控制。微分时间T_D从0逐渐增大，反复调节K_P、T_I和T_D，直到满足要求。需要注意的是在调节增益K_P的值时，同时会影响到积分分量和微分分量的值，而不是仅仅影响到比例分量。

5）如果响应曲线第一次到达稳态值的上升时间较长（见图8-24），应适当增大增益K_P。如果因此使超调量增大，可以通过增大积分时间和调节微分时间来补偿。

总之，PID参数的整定是一个综合的、各参数相互影响的过程，实际调试过程中的多次尝试是非常重要的，也是必需的。

3.怎样确定PID控制器的初始参数

如果调试人员熟悉被控对象，或者有类似的控制系统的资料可供参考，PID控制器的初始参数比较容易确定。反之，控制器的初始参数的确定是相当困难的，随意确定的初始参数值可能比最后调试好的参数值相差数十倍甚至数百倍。

作者建议采用下面的方法来确定PI控制器的初始参数值。为了保证系统的安全，避免在首次投入运行时出现系统不稳定或超调量过大的异常情况，在第一次试运行时设置比较保守的参数，即增益不要太大，积分时间不要太小。此外还应制订被控量响应曲线上升过快可能出现较大超调量的紧急处理预案，例如迅速关闭系统或者立即切换到手动方式。试运行后根据响应曲线的波形，可以获得系统性能的信息，例如超调量和调节时间。根据上述调整PID控制器参数的规则，来修改控制器的参数。