常规PID参数整定经验数据法的优化方法

1.经验数据法

PID控制器的参数整定在大量的工程实践中，逐渐被广大工程技术人员经过大量的经验积累找到了一种快捷的整定方法，就是所谓的“经验数据法”。实际上比例、积分和微分三部分作用是相互影响的，应用经验数据法可避免一些重复工作，节省调试时间，尤其是在缺少一些资料和试验数据的时候。从应用的角度看，只要被控对象主要指标达到设计要求，能满足现场要求即可。

长期的实践经验发现，各种不同被控对象PID的参数都是有一定规律的，也就是说有一定的数据范围。这样就为现场调试提供了一个大致基准，可方便依据此基准迅速查找。

表5-4-1给出了几种常见被控量PID参数的经验数据，可供参考。

表5-4-1 几种常见被控量PID参数的经验数据

2.试凑法

顾名思义，试凑法就是根据过渡过程中被调参数变化的情况进行再调整PID参数的方法。此法边观察过程曲线（过程变量变化情况），边修改参数，直到满意为止。大家都知道，增大比例系数K_p会加快系统的响应速度，提高系统的快速性。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，有可能产生振荡使稳定性变差，并且有稳态误差。减小积分系数K_i将减少积分作用（与积分常数的变化相反），有利于减少超调使系统稳定，减小系统稳态误差，但系统消除静差的速度慢。增加微分系数K_d有利于加快系统的响应，使系统提前作出响应，使超调减少，稳定性增加，但缺点明显，对干扰的抑制能力差，而且整定不当反而使系统处于不稳定状态。试凑时，一般可根据以上各参数特点，对参数实行先比例、后积分、再微分的步骤进行整定。

（1）比例部分整定

首先将积分系数K_i和微分系数K_d置零，取消微分和积分作用而采用纯比例控制。将比例系数K_p由小到大变化，观察系统的响应，直至响应速度快，且有一定范围的超调为止。如果系统静差在规定范围之内，且响应曲线已满足设计要求，那么只需用纯比例调节器即可。(www.xing528.com)

（2）积分部分整定

如果比例控制系统的静差达不到设计要求，这时可以加入积分作用。在整定时将积分系数K_i由小逐渐增加（积分作用就逐渐增强），观察输出，系统的静差应逐渐减少直至消除（在性能指标要求下）。反复试验几次，直到消除静差的速度满意为止。注意这时的超调量会比原来加大，可能需要适当降低一些比例系数K_p。

（3）微分部分整定

若使用比例积分（PI）控制器经反复调整仍达不到设计要求，应考虑加入微分作用。整定时先将微分系数K_d从零逐渐增加（微分作用逐渐增强），观察超调量和稳定性，同时相应地微调比例系数K_p、积分系数K_i，逐步试凑，直到满意为止。注意，在设计控制系统时，应使微分环节为实际微分环节，而不可以是理想微分环节。

3.扩充临界比例度法

扩充临界比例度法也称为扩充临界比例带法。这种方法适用于有自平衡能力的被控对象，是模拟系统中临界比例度法的扩充。整定步骤如下：

1）选择一个足够短的采样周期T_s。所谓足够短，就是采样周期小于对象的纯滞后时间的1/10。

2）让系统作纯比例控制，并逐渐缩小比例度δ=1/K_p使系统产生临界振荡。此时的比例度和振荡周期就是临界比例度δ_K和临界振荡周期T_K。

3）选定控制度。所谓控制度，就是以模拟调节器为基准，将系统的控制效果与模拟调节器的控制效果相比较，其比值即控制度。这样四个参数的整定问题就简化为一个参数K_p的整定问题了。改变K_p，观察控制效果直到满意为止。