PID控制常用的参数整定方法

  在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）来控制的PID控制器是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定最简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象──“一阶滞后+纯滞后”与“二阶滞后+纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活（PI、PD、…）。

  因此要实现PID算法，必须在硬件上具有闭环控制，就是得有反馈。比如控制一个电机的转速，就得有一个测量转速的传感器，并将结果反馈到控制路线上，下面也将以转速控制为例。

  但并不是必须同时具备这三种算法，也可以是PD,PI,甚至只有P算法控制。我以前对于闭环控制的一个最朴素的想法就只有P控制，将当前结果反馈回来，再与目标相减，为正的话，就减速，为负的话就加速。现在知道这只是最简单的闭环控制算法。

  对偏差信号进行比例、积分和微分运算变换后形成一种控制规律。“利用偏差，纠正偏差”。

  比例，反应系统的基本(当前)偏差e(t)，系数大，可以加快调节，减小误差，但过大的比例使系统稳定性下降，甚至造成系统不稳定;

  积分，反应系统的累计偏差，使系统消除稳态误差，提高无差度，因为有误差，积分调节就进行，直至无误差;

  微分，反映系统偏差信号的变化率e(t)-e(t-1)，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没形成之前，已被微分调节作用消除，因此能改善系统的动态性能。但是微分对噪声干扰有放大作用，加强微分对系统抗干扰不利。积分和微分都不能单独起作用，必须与比例控制配合。

  （1）比例控制规律P：采用P控制规律能较快地克服扰动的影响，它的作用于输出值较快，但不能很好稳定在一个理想的数值，不良的结果是虽较能有效的克服扰动的影响，但有余差出现。它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一些范围内有余差的场合。如：金彪公用工程部下设的水泵房冷、热水池水位控制;油泵房中间油罐油位控制等。

  （2）比例积分控制规律(PI)：在工程中比例积分控制规律是应用最广泛的一种控制规律。积分能在比例的基础上消除余差，它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合。如：在主线号枪的重油流量控制管理系统;油泵房供油管流量控制管理系统;退火窑各区温度调节系统等。

  （3）比例微分控制规律(PD)：微分具有超前作用，对于具有容量滞后的控制通道，引入微分参与控制，在微分项设置得当的情况下，对于提高系统的动态性能指标，有着显著效果。因此，对于控制通道的时间常数或容量滞后较大的场合，为了更好的提高系统的稳定性，减小动态偏差等可选用比例微分控制规律。如：加热型温度控制、成分控制。需要说明一点，对那些纯滞后较大的区域里，微分项是无能为力，而在测量信号有噪声或周期性振动的系统，则也不宜采用微分控制。如：大窑玻璃液位的控制。

  （4）例积分微分控制规律(PID)：PID控制规律是一种较理想的控制规律，它在比例的基础上引入积分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳定性。它适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求比较高的场合。如温度控制、成分控制等。

  鉴于D规律的作用，我们还一定要了解时间滞后的概念，时间滞后包括容量滞后与纯滞后。其中容量滞后通常又包括：测量滞后和传送滞后。测量滞后是检测元件在检测时要建立一种平衡，如热电偶、热电阻、压力等响应较慢产生的一种滞后。而传送滞后则是在传感器、变送器、执行机构等设备产生的一种控制滞后。纯滞后是相对于测量滞后的，在工业上，大多的纯滞后是由于物料传输所致，如：大窑玻璃液位，在投料机动作到核子液位仪检测需要很长的一段时间。

  总之，控制规律的选用要根据过程特性和工艺技术要求来选取，绝不是说PID控制规律在任何情况下都具有较好的控制性能，不分场合都采用是不明智的。如果这样做，只会给其它工作增加复杂性，并给参数整定带来困难。当采用PID控制器还达不到工艺要求，则需要仔细考虑其它的控制方案。如串级控制、前馈控制、大滞后控制等。

  Kp,Ti,Td三个参数的设定是PID控制算法的核心问题。一般说来编程时只能设定他们的大概数值，并在系统运行时通过反复调试来确定最佳值。因此调试阶段程序必需得能随时修改和记忆这三个参数。

  在某些应用场合，比如通用仪表行业，系统的工作对象是不确定的，不同的对象就得采用不一样的参数值，没法为用户设定参数，就引入参数自整定的概念。实质就是在首次使用时，通过N次测量为新的工作对象寻找一套参数，并记忆下来作为以后工作的依据。具体的整定方法有三种：临界比例度法、衰减曲线、临界比例度法（Ziegler-Nichols）

  1.1 在纯比例作用下，逐渐增加增益至产生等副震荡，根据临界增益和临界周期参数得出PID控制器参数，步骤如下：

  （1）将纯比例控制器接入到闭环控制管理系统中（设置控制器参数积分时间常数Ti =∞，实际微分时间常数Td =0）。

  （2）控制器比例增益K设置为最小，加入阶跃扰动（一般是改变控制器的给定值），观察被调量的阶跃响应曲线）由小到大改变比例增益K，直到闭环系统出现振荡。

  （4）系统出现持续等幅振荡时，此时的增益为临界增益（Ku），振荡周期（波峰间的时间）为临界周期（Tu）。

  （1）在采用这种方法获取等幅振荡曲线时，应使控制管理系统工作在线性区，不要使控制阀出现开、关的极端状态，否则得到的持续振荡曲线可能是“极限循环”，从线性系统概念上说系统早已处于发散振荡了。

  （2）由于被控对象特性的不同，按上表求得的控制器参数不一定都能获得满意的结果。对于无自平衡特性的对象，用临界比例度法求得的控制器参数往住使系统响应的衰减率偏大（ψ＞0.75 ）。而对于有自平衡特性的高阶等容对象，用此法整定控制器参数时系统响应衰减率大多偏小（ψ＜0.75 ）。为此，上述求得的控制器参数，应针对具体系统在实际运行过程中进行在线） 临界比例度法适用于临界振幅不大、振荡周期较长的过程控制管理系统，但有些系统从安全性考虑不允许进行稳定边界试验，如锅炉汽包水位控制管理系统。还有某些时间常数较大的单容对象，用纯比例控制时系统始终是稳定的，对这些系统也是没办法用临界比例度法来进行参数整定的。

  （4）只适用于二阶以上的高阶对象，或一阶加纯滞后的对象，否则，在纯比例控制情况下，系统不可能会出现等幅振荡。

  1.3 若求出被控对象的静态放大倍数KP=△y／△u ，则增益乘积KpKu可视为系统的最大开环增益。通常认为Ziegler-Nichols闭环试验整定法的适合使用的范围为：

  （1） 当KpKu>

  20时，应采用更复杂的控制算法，以求较好的调节效果。

  kpku

  <2时，在对控制精度要求不高的场合仍可使用pid控制器，但需要对表1进行修正。在这种情况下，建议采用smith预估控制和imc控制策略。

  （4）当KpKu

  <1.5时，在对控制精度要求不高的场合仍可使用pi控制器，在这种情况下，微分作用意义不大。

  <2、衰减曲线法

  衰减曲线法与临界比例度法不同的是，闭环设定值扰动试验采用衰减振荡（通常为4:1或10:l），然后利用衰减振荡的试验数据，根据经验公式求取控制器的整定参数。整定步骤如下：

  <（1）在纯比例控制器下，置比例增益K为较小值，并将系统投入运行。

  （2）系统稳定后，作设定值阶跃扰动，观察系统的响应，若系统响应衰减太快，则减小比例增益K；反之，应增大比例增益K。直到系统出现如图1（a）所示的4:1衰减振荡过程，记下此时的比例增益Ks及和振荡周期Ts数值。

  （3）利用Ks和Ts值，按表2给出的经验公式，计算出控制器的参数整定值。

  采用衰减曲线）加给定干扰不能太大，要根据相关生产操作要求来定，一般在5%左右，也有例外的情况。

  （2）必须在工艺参数稳定的情况下才能加给定干扰，否则得不到正确的整定参数。

  （3）对于反应快的系统，如流量、管道压力和小容量的液位调节等，要得到严格的4：1衰减曲线较困难，一般以被调参数来回波动两次达到稳定，就近似地认为达到4：1衰减过程了。

  （4）投运时，先将K放在较小的数值，把Ti减少到整定值，把Td逐步放大到整定值，然后把K拉到整定值（如果在K=整定值的条件下很快地把Td放到整定值，控制器的输出会剧烈变化）。

  使PID为纯比例调节,输入设定为系统允许最大值的60%~70%，由0逐渐加大比例增益至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例增益逐渐减小至系统振荡消失，记录此时的比例增益，设定PID的比例增益P为当前值的60%~70%。

  比例增益P确定后，设定一个较大的积分时间常数Ti的初值，然后逐渐减小Ti至系统出现振荡，之后在反过来，逐渐加大Ti至系统振荡消失。记录此时的Ti，设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%~180%。

  积分时间常数Td一般不用设定，为0即可。若要设定，与确定 P和Ti的方法相同，取不振荡时的30%。

  （a）纯比例作用下，把比例度从较大数值逐渐往下降，至开始产生周期振荡（测量值以给定值为中心作有规则的振荡），在产生周期性振荡的情况下，把此比例度逐渐加宽直至系统充分稳定。

  （b）接下来把积分时间逐渐缩短至产生振荡，此时表示积分时间过短，应把积分时间稍加延长，直至振荡停止。

  （b）加大微分时间使振荡停止，接着把比例度调得稍小一些，使振荡又产生，加大微分时间，使振荡再停止，来回这样操作，直至虽加大微分时间，但不能使振荡停止，求得微分时间的最佳值，此时把比例度调得稍大一些直至振荡停止。

  （c）把积分时间调成和微分时间相同的数值，如果又产生振荡则加大积分时间直至振荡停止。

  另一种方法是先从表列范围内取Ti的某个数值，若需要微分，则取Td=（1/3~1/4）Ti，然后对δ进行试凑，也能较快地达到一定的要求。实践证明，在一些范围内适当地组合δ和Ti的数值，能够获得同样衰减比的曲线，就是说，δ的减少，可以用增加Ti的办法来补偿，而基本上不影响调节过程的质量。所以，这样的一种情况，先确定Ti、Td再确定δ的顺序也能的。而且可能更快些。如果曲线仍然不理想，可用Ti、Td再加以适当调整。

  以串级调节系统为例来说明复杂调节系统的参数整定方法。由于串级调节系统中，有主、副两组参数，各通道及回路间存在着相互联系和影响。改变主、副回路的任一参数，对总系统都有影响。特别是主、副对象时间常数相差不大时，动态联系密切，整定参数的工作尤其困难。

  在整定参数前，先要明确串级调节系统的设计目的。如果主要是保证主参数的调节质量，对副参数要求不高，则整定工作就非常容易；如果主、副参数都要求高，整定工作就很复杂。下面介绍“先副后主”两步参数整定法。

  第一步：在工况稳定情况下，将主回路闭合，把主控制器比例度放在100%，积分时间放在最大，微分时间放在零。用4：1衰减曲线整定副回路，求出副回路的比例增益K2s和振荡周期T2s。

  第二步：把副回路看成是主回路的一个环节，使用4：1衰减曲线法整定主回路，求得主控制器K1s和T1s。

  根据K1s、K2s、T1s、T2s按表2经验公式算出串级调节系统主、副回路参数。先放上副回路参数，再放上主回路参数，如果得到满意的过渡过程，则整定工作完毕。否则可进行适当调整。

  如果主、副对象时间常数相差不大，按4：1衰减曲线法整定，也许会出现“共振”危险，这时，可适当减小副回路比例度或积分时间，以达到减少副回路振荡周期的目的。同理，加大主回路比例度或积分时间，以期增大主回路振荡周期，使主、副回路振荡周期之比加大，避免“共振”。这样做的结果会降低调节质量。

  如果主、副对象特性太相近，则说明确定的方案欠妥当，就不能完全依靠参数整定来提高调节质量了。

  一是利用数字PID控制算法调节直流电机的速度，方案是采用光电开关来获得电机的转动产生的脉冲信号，单片机（MSP430G2553）经过测量脉冲信号的频率来计算电机的转速（具体测量频率的算法是采取直接测量法，定时1s测量脉冲有多少个，本身的测量误差可以有0.5转加减），测量的转速同给定的转速进行比较产生误差信号，来产生控制信号，控制信号是通过PWM调整占空比也就是调整输出模拟电压来控制的（相当于1位的DA，如果用10位的DA来进行模拟调整呢？效果会不会好很多？），这个实验控制能力有一定的范围，只能在30转/秒和150转/秒之间来控制，当给定值（程序中给定的速度）高于150时，实际速度只能保持在150转，这也就是此系统的最大控制能力，当给定值低于30转时，直流电机转轴实际是不转动的，但由于误差值过大，转速会迅速变高，然后又会停止转动，就这样循环往复，不能够达到控制效果。

  根据实测，转速稳态精度在正负3转以内，控制时间为4到5秒。实验只进行到这种程度，思考和分析也只停留在这种深度。

  二是利用数字PID控制算法调节直流减速电机的位置，方案是采用与电机同轴转动的精密电位器来测量电机转动的位置和角度，经过测量得到的角度和位置与给定的位置做比较产生误差信号，然后位置误差信号通过一定关系（此关系纯属根据想象和实验现象来拟定和改善的）转换成PWM信号，作为控制信号的PWM信号是先产生对直流减速电机的模拟电压U，U来控制直流减速电机的力矩（不太清楚），力矩产生加速度，加速度产生速度，速度改变位置，输出量是位置信号，所以之间应该对直流减速电机进行系统建模分析，仿真出直流减速电机的近似系统传递函数，然后根据此函数便可以对PID的参数进行整定了。

  关键字：引用地址：PID控制常用的参数整定方法上一篇：工业运动控制器的原理及控制形式、优点

  PID控制电机是指通过PID控制器来控制电机的转速、位置或者转矩等参数，实现对电机的精确控制。PID控制器是一种基于误差的控制算法，其通过不断调节控制信号，使输出信号接近期望值，以此来实现对系统的控制。 在控制电机中，PID控制器通常用来控制电机的转速或者位置。具体来说，PID控制器的输入是电机的误差信号，即期望值与实际值之间的差值，输出是电机的控制信号，例如电压或者电流。PID控制器通过对误差信号进行比例、积分和微分处理，来实现对电机控制信号的调节 具体地说，比例项 $K_p$ 用来控制控制信号与误差信号之间的比例关系，增大比例增益能大大的提升电机的响应速度，但也可能会引起超调和不稳定。积分项 $K_i$ 用来消除系统的稳态误差

  1 引言 目前，我国对大型锅炉的给水与蒸汽质量指标要求十分严格，因而需要对炉水品质连续监控。测量pH值大多采用传统的PID控制算法．但在反应过程中，因其中和点附近的高增益使得难以调整传统PID控制器参数。因此只能采用很小的比例增益，否则系统不稳定，而比例增益过小，又将使系统的动态特性变坏。对于锅炉给水加药测控装置，已经实现了加药系统的自动化，但无自动配药设备，仍需根据汽水实验室的化验结果人工配药，这样不仅工作强度大，而且所加的氨、联胺均属有剧毒易挥发物质，会给操作者导致非常严重危害，并导致环境污染。为此，提出变增益三区段非线性PID和积分模糊控制(IFC)算法的两种新型pH值控制法。通过对带有时滞的pH值中和过程进行数字仿真，

  数字PID控制的原理 自从计算机和各类微控制器芯片进入控制领域以来，用计算机或微控制器芯片取代模拟 PID控制电路组成控制管理系统，不但可以用软件实现 PID 控制算法，还能够利用计算机和微控制器芯片的逻辑功能，使 PID 控制灵活性更好。将模拟PID 控制规律进行适当变换后，以微控制器或计算机为运算核心，利用软件程序来实现 PID 控制和校正，就是数字（软件）PID 控制。 由于数字控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值来计算控制量，因此就需要对连续 PID 控制算法进行离散化处理。对于实时控制管理系统而言，尽管对像的工作状态是连续的，但如果仅在离散的瞬间对其采样做测量和控制，就能够将其表示成离散模型，当采样周期

  的原理 /

  各种智能型数字显示调节仪，一般都具有PID参数自整定功能。仪表在初次使用时，可通过自整定确定系统的最佳P、I、D调节参数，实现理想的调节控制。在自整定启动前，因为系统在不同设定值下整定的参数值不完全相同，应先将仪表的设定值设置在要控制的数值（如果水电站或是中间值）上。在启动自整定后，仪表强制系统产生扰动，经过2~3个振荡周期后结束自整定状态。仪表通过检测系统从超调恢复到稳态（测量值与设定值一致）的过度特性，分析振荡的周期、幅度及波形来计算仪表的最佳调节参数。理想的调节效果是，设定值应与测量值保持一致，可从动态（设定值变化或扰动）合稳态（设定值固定）两个方面来评价系统调节品质，通过PID参数自整定，能够很好的满足大多数的系统。不同的系统

  单片机源程序如下: #include reg51.h #include intrins.h #include absacc.h #include define.h #include delay.h #include da0832.h #include DS18B20_5.h #include lcd1602.h #include zlg.h #define PMAX 100 #define PMIN 0 typedef struct { char kp,ki,kd; int e2,e1,e0; long pa,vpa; }mypid; mypid p1; int final_tem,cur

  0 引言     通风柜控制器是通风柜上面的微电脑控制器。利用微机执行繁杂的逻辑计算与控制，来管理通风柜上的各种机电设施的运作情况。与利用传感器器取出通风柜各项物理参数以供操作者使用。利用微机可以极大提高各种设备的运行可靠性与简化系统设备的繁杂性。本设计采用的是PID控制，使排风风速能稳定在用户设定的面风速。由于采用了液晶显示器，简单易操作，直观。多种工作模式(待机、强制排风、有人／无人排风)使本装置更节能实用。采用了先进的风速标定方法，能更精确地检测实际风速，以此来实现实时、准确的排风控制。 1 工作原理    实验室产生的有毒有害化学气体必须及时排除，在衡量通风柜的标准是要满足：有害化学气体不能溢出也不能再柜内产生紊流。所以，面风速即通风柜

  摘要：为了扩大粉尘测量仪的测量范围，采用一种自适应的测量方法，即根据被测环境粉尘的浓度自动调节传感器的接收灵敏度，并结合相应的软件算法，使高、低浓度的粉尘都能得到一定效果测量。在设计过程中运用PID算法对测量过程来控制，使测量仪在运行中进行实时调节，以降低测量数据的振荡。通过对烟雾释放出粉尘的浓度测量，运用Matlab对测量数据来进行拟合，得到了平滑的响应曲线。实测根据结果得出，该方法有效地扩大了测量范围，使测量范围达到了0．01～48 mg／m3。 关键词：自适应；粉尘测量；PID；数字滤波     随着我国现代工业的发展，空气中粉尘的污染越来越严重，这一污染严重危害着人类健康，因此粉尘浓度的测量在治理环境污染，保护人类健康领域

  仿真 (张袅娜 冯雷)

  (原书第10版) (法里德·高那菲(Farid Golnaraghi) etc.)

  (原书第10版) (法里德·高那菲(Farid Golnaraghi) etc.)

  2024年4月3日 – 专注于推动行业创新的知名新品引入 (NPI) 代理商™贸泽电子 (Mouser Electronics) 紧跟潮流，通过内容丰富的沉浸式 ...

  4月3日消息，据新闻媒体报道，由于Exynos效能始终和高通有差距，三星将继续采用双处理器策略，高通骁龙处理器仍将在S25系列上出现。此前有报道 ...

  AP2905 是一款高效率同步降压稳压器，在 6 V ~ 40 V 宽输入范围内可提供 0 7 A 输出电流。固定5 V输出版本可节省 2个分压电阻 ...

  PN8370M+PN8306M小体积5v2a充电器方案因其节省外围、稳定性很高、功能齐全、深受工程师青睐，在市场得到了广泛应用。PN8370M是一款高性能的原 ...

  PN8611集成超低待机功耗原边控制器、FB下偏电阻和电容、VDD供电二极管、CS电阻及650V高雪崩能力智能功率MOSFET，用于高性能、外围元器件超 ...

  FPGA/DSP总线与接口数据处理消费电子工业电子汽车电子其他技术存储技术综合资讯论坛电子百科词云：