PID参数整定方法.doc

2.3 PID参数整定方法
参数整定找最佳，从小到大顺序查；
先是比例后积分，最后再把微分加；
曲线振荡很频繁，比例度盘要放大；
曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳；
曲线偏离回复慢，积分时间往下降；
曲线波动周期长，积分时间再加长；
曲线振荡频率快，先把微分降下来；
动差大来波动慢。微分时间应加长；
理想曲线两个波，前高后低4比1；
一看二调多分析，调节质量不会低。
　　2.3.1 工程整定法
　PID数字调节器的参数，除了比例系数Kp，积分时间Ti和微分时间Td外，还有1个重要参数即采样周期T。
　　1．采样周期T的选择确定
　从理论上讲，采样频率越高，失真越小。但是，对于控制器，由于是依靠偏差信号来进行调节计算的，当采样周期T太小，偏差信号也会过小，此时计算机将失去调节作用；若采样周期T太长，则将引起误差。因此采样周期T必须综合考虑。采样周期的选择方法有两种，一种是计算法，另一种是经验法。
　计算法由于比较复杂，特别是被控对象各环节时间常数难以确定，工程上较少用。经验法是一种凑试法，即根据人们在控制工作实践中积累的经验以及被控对象的特点，先选择一个采样周期T，进行试验，再反复改变T，直到满意为止。
　　2．Kp，Ti，Td的选择方法
　1）扩充临界比例度法
　　扩充临界比例度法是简易工程整定方法之一，用它整定Kp，TiTd的步骤如下。
　选择最短采样周期Tmin，求出临界比例度Su和临界振荡周期Tu。具体方法是将Tmin输入计算机，只有P环节控制，逐渐缩小比例度，直到系统产生等幅振荡。此时的比例度即为临界比例度Su，振荡周期称为临界振荡周期Tu。选择控制度为：

（2-15）

　　通常当控制度为1.05时，表示数字控制方式与模拟方式效果相当。根据计算度，查表2-1可求出Kp，Ti，Td。

表2-1 扩充临界比例度法整定参数表
控制度
控制规律
参　　数
T
Kp
Ti
Td
1.05
PI
PID
0.03Tu
0.014Tu
0.53Su
0.63Su
0.88Tu
0.49Tu
/
0.14Tu
1.2
PI
PID
0.05Tu
0.43Tu
0.49Su
0.47Su
0.91Tu
0.47Tu
/
0.16Tu
1.5
PI
PID
0.14Tu
0.09Tu
0.42Su
0.34Su
0.99Tu
0.43Tu
/
0.20Tu
2.0
PI
PID
0.22Tu
0.16Tu
0.36Su
0.27Su
1.05Tu
0.4Tu
/
0.22Tu

　　2）扩充响应曲线法
　若已知系统的动态特性曲线，可以采用和模拟调节方法一样的响应曲线法进行整定，其步骤如下。
　断开微机调节器，使系统手动工作，当系统在给定值处处于平衡后，给一阶跃输入。用仪表记录被调参数在此阶跃作用下的变化过程曲线。如图2-12所示。

图2-12 阶跃信号下的曲线

动画讲解
图片说明

　　在曲线最大斜率处做切线，求得滞后时间t，对象时间常数τ以及它们的比值τ/t。根据所求得的τ，t和τ/t值，查表2-2求得值Kp，Ti，Td。

表2-2 扩充响应曲线法整定参数表
控制度
控制规律
参　　数
T
Kp
Ti
Td
1.05
PI
PID
0.1t
0.05t
0.84τ/t
1.15τ/t
0.34t
2.0t
/
0.45t
1.2
PI
PID
0.2t
0.15t
0.78τ/t
1.0τ/t
3.6t
1.9t
/
0.55t
1.5
PI
PID
0.50t
0.34t
0.68τ/t
0.85τ/t
3.9t
1.62t
/
0.65t
2.0
PI
PID
0.8t
0.6t
0.57τ/t
0.6τ/t
4.2t
1.5t
/
t

2.3.2 经验法

　　在实际工作过程中，由于被调对象的动态特性不是很容易确定，即使确定了，不仅计算困难，工作量大，往往其结果与实际相差较大，甚至事倍功半。因此，在实际生产过程中采用的是经验法。即根据各调节作用的规律，经过闭环试验，反复凑试，找出最佳调节参数。微机调速器参数最终要在现场试验好后，才能选出最优参数。厂家有规定的参考值，有一个范围，是理论计算出来的。因此要选择出最优参数，就必须在生产现场进行试验做记录曲线后方能得到。

　　2.3.3 凑试法确定PID调节参数

　　凑试法是通过模拟（或闭环）运行观察系统的响应（例如，阶跃响应）曲线，然后根据各调节参数对系统响应的大致影响，反复凑试参数，以达到满意的响应，从而确定PID的调节参数。增大比例系数Kp一般将加快系统的响应，这有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。增大式（2-2）中的Td有利于加快系统响应，使超调量减小，稳定性增加，但对于干扰信号的抑制能力将减弱。在凑试时，可参考以上参数分析控制过程的影响趋势，对参数进行先比例，后积分，再微分的整定步骤。其具体步骤如下：
　 首先整定比例部分。将比例系数由小调大，并观察相应的系统响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差小到允许的范围之内，并且响应曲线已属满意，那么只需要用比例调节器即可，最优比例系数可由此确定。
当仅调节比例调节器参数，系统的静差还达不到设计要求时，则需加入积分环节。整定时，首先置积分常数Ti为一个较大值，经第一步整定得到的比例系数会略为缩小（如减小20%），然后减小积分常数，使系统在保持良好动态性能的情况下，静差得到消除。在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复修改比例系数和积分常数，直至得到满意的效果和相应的参数。
　 若使用比例积分器，能消除静差，但动态过程经反复调整后仍达不到要求，这时可加入微分环节。在整定时，先置微分常数Td为零，在第二步整定的基础上，增大Td，同时相应地改变Kp和Ti，逐步凑试，以获得满意的调节效果和参数。
应该指出，在整定中参数的选定不是惟一的。事实上，比例、积分和微分三部分作用是相互影响的。从应用角度来看，只要被控制过程的主要性能指标达到设计要求，那么比例、积分和微分参数也就确定了。表2-3给出了一些常见的调节器参数选择范围。
表2-3 常见被调量PID参数经验选择范围
被调量
特　　　　　　　 点
参 数
Kp
Ti/ min
Td/ min
流量
　时间常数小，并有噪声，故Kp比较小，Ti较小，不用微分
1～2.5
0.1～1

温度
　对象有较大滞后，常用微分
1.6～5
3～10
0.5～3
压力
　对象的滞后不大，不用微分
1.4～3.5
0.4～3

液位
　允许有静差时，不用积分和微分
1.25～5