【正文】 PID參數(shù)整定 PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過(guò)公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。1. PID 常用口訣: 參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查， 先是比例后積分，最后再把微分加， 曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大， 曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳， 曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降， 曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng)， 曲線振蕩頻率快，先把微分降下來(lái)， 動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢，微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)， 理想曲線兩個(gè)波，前高后低 4 比 1， 一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低 控制器參數(shù)的工程整定, 各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中 參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以下可參照： 溫度 T: P=20~60%,T=180~600s,D=3180s 壓力 P: P=30~70%,T=24~180s, 液位 L: P=20~80%,T=60~300s, 流量 L: P=40~100%,T=6~60s。 控制的原理和特點(diǎn) 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱 PID控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。PID 控制器問(wèn)世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用 PID 控制技術(shù)。PID 控制，實(shí)際中也有 PI 和 PD 控制。PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。 比例（P）控制 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steadystate error）。 積分（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（System with Steadystate Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性?？梢杂肕ATLAB仿仿，感受一下參數(shù)對(duì)典型對(duì)象動(dòng)態(tài)特性影響請(qǐng)參考“先進(jìn)PID控制及其MATLAB仿真”，劉金琨編，電子工業(yè)出版社2003年1月版控制電動(dòng)閥的開度來(lái)達(dá)到控制溫度是可以的，我個(gè)人認(rèn)為用比例電磁閥替代電動(dòng)閥完全可以實(shí)現(xiàn)PID的控制。因?yàn)楸壤姶砰y有標(biāo)準(zhǔn)的模擬量輸入信號(hào)和反饋信號(hào)而且具有PID調(diào)節(jié)功能。經(jīng)過(guò)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，我個(gè)人認(rèn)為PID參數(shù)的設(shè)置的大小，一方面是要根據(jù)控制對(duì)象的具體情況而定；另一方面是經(jīng)驗(yàn)。P是解決幅值震蕩，P大了會(huì)出現(xiàn)幅值震蕩的幅度大，但震蕩頻率小，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)；I是解決動(dòng)作響應(yīng)的速度快慢的，I大了響應(yīng)速度慢，反之則快；D是消除靜態(tài)誤差的，一般D設(shè)置都比較小，而且對(duì)系統(tǒng)影響比較小。對(duì)于溫度控制系統(tǒng)P在510%之間；I在180240s之間；D在30以下。對(duì)于壓力控制系統(tǒng)P在3060%之間；I在3090s之間；D在30以下。PID參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例帶PB、積分時(shí)間Ti和和微分時(shí)間Td。一般可以通過(guò)理論計(jì)算來(lái)確定，但誤差太大。目前，應(yīng)用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線法。各種方法的大體過(guò)程如下：（1）經(jīng)驗(yàn)法又叫現(xiàn)場(chǎng)湊試法，即先確定一個(gè)調(diào)節(jié)器的參數(shù)值PB和Ti，通過(guò)改變給定值對(duì)控制系統(tǒng)施加一個(gè)擾動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)觀察判斷控制曲線形狀。若曲線不夠理想，可改變PB或Ti，再畫控制過(guò)程曲線，經(jīng)反復(fù)湊試直到控制系統(tǒng)符合動(dòng)態(tài)過(guò)程品質(zhì)要求為止，這時(shí)的PB和Ti就是最佳值。如果調(diào)節(jié)器是PID三作用式，那么要在整定好的PB和Ti的基礎(chǔ)上加進(jìn)微分作用。由于微分作用有抵制偏差變化的能力，所以確定一個(gè)Td值后，可把整定好的PB和Ti值減小一點(diǎn)再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)湊試，直到PB、Ti和Td取得最佳值為止。顯然用經(jīng)驗(yàn)法整定的參數(shù)是準(zhǔn)確的。但花時(shí)間較多。為縮短整定時(shí)間，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①根據(jù)控制對(duì)象特性確定好初始的參數(shù)值PB、Ti和Td?？蓞⒄赵趯?shí)際運(yùn)行中的同類控制系統(tǒng)的參數(shù)值，或參照表341所給的參數(shù)值，使確定的初始參數(shù)盡量接近整定的理想值。這樣可大大減少現(xiàn)場(chǎng)湊試的次數(shù)。②在湊試過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)被控量變化緩慢，不能盡快達(dá)到穩(wěn)定值，這是由于PB過(guò)大或Ti過(guò)長(zhǎng)引起的，但兩者是有區(qū)別的：PB過(guò)大，曲線漂浮較大，變化不規(guī)則，Ti過(guò)長(zhǎng)，曲線帶有振蕩分量，接近給定值很緩慢。這樣可根據(jù)曲線形狀來(lái)改變PB或Ti。③PB過(guò)小，Ti過(guò)短，Td太長(zhǎng)都會(huì)導(dǎo)致振蕩衰減得慢，甚至不衰減，其區(qū)別是PB過(guò)小，振蕩周期較短；Ti過(guò)短，振蕩周期較長(zhǎng)；Td太長(zhǎng)，振蕩周期最短。④如果在整定過(guò)程中出現(xiàn)等幅振蕩，并且通過(guò)改變調(diào)節(jié)器參數(shù)而不能消除這一現(xiàn)象時(shí)，可能是閥門定位器調(diào)校不準(zhǔn)，調(diào)節(jié)閥傳動(dòng)部分有間隙（或調(diào)節(jié)閥尺寸過(guò)大）或控制對(duì)象受到等幅波動(dòng)的干擾等，都會(huì)使被控量出現(xiàn)等幅振蕩。這時(shí)就不能只注意調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，而是要檢查與調(diào)校其它儀表和環(huán)節(jié)。（2）衰減曲線法是以4：1衰減作為整定要求的，先切除調(diào)節(jié)器的積分和微分作用，用湊試法整定純比例控制作用的比例帶PB（比同時(shí)湊試二個(gè)或三個(gè)參數(shù)要簡(jiǎn)單得多），使之符合4：1衰減比例的要求，記下此時(shí)的比例帶PBs和振蕩周期Ts。如果加進(jìn)積分和微分作用，可按表342給出經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。若按這種方式整定的參數(shù)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。對(duì)有些控制對(duì)象，控制過(guò)程進(jìn)行較快，難以從記錄曲線上找出衰減比。這時(shí)，只要被控量波動(dòng)2次就能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，可近似認(rèn)為是4：1的衰減過(guò)程，其波動(dòng)一次時(shí)間為Ts。Ｋp＝k/調(diào)節(jié)ｋｉ出現(xiàn)的第二個(gè)峰值和穩(wěn)態(tài)值相切；ｋd=ｋi/（3）臨界比例帶法，用臨界比例帶法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)時(shí)，先要切除積分和微分作用，讓控制系統(tǒng)以較大的比例帶，在純比例控制作用下運(yùn)行，然后逐漸減小PB，每減小一次都要認(rèn)真觀察過(guò)程曲線，直到達(dá)到等幅振蕩時(shí)，記下此時(shí)的比例帶PBk(稱為臨界比例帶)和波動(dòng)周期Tk，然后按表343給出的經(jīng)驗(yàn)公式求出調(diào)節(jié)器的參數(shù)值。按該表算出參數(shù)值后，要把比例帶放在比計(jì)算值稍大一點(diǎn)的值上，把Ti和Td放在計(jì)算值上，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察，如果比例帶可以減小，再將PB放在計(jì)算值上。這種方法簡(jiǎn)單，應(yīng)用比較廣泛。但對(duì)PBk很小的控制系統(tǒng)不適用。（4）反應(yīng)曲線法，前三種整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的方法，都是在預(yù)先不知道控制對(duì)象特性的情況下進(jìn)行的。如果知道控制對(duì)象的特性參數(shù)，即時(shí)間常數(shù)T、時(shí)間遲延ξ和放大系數(shù)K，則可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的參數(shù)。利用這種方法整定的結(jié)果可達(dá)到衰減率φ=。應(yīng)用以上規(guī)則，對(duì)下圖系統(tǒng)進(jìn)行ＰＩＤ調(diào)整Kp增加則振蕩周期減小，超調(diào)增加，上升時(shí)間減小，反之亦然；Ki增加則超調(diào)/回調(diào)比增加，穩(wěn)定性下降，反之亦然；Kd增大則穩(wěn)定性增加，反之亦然；當(dāng)系統(tǒng)上升時(shí)間大于要求的上升時(shí)間時(shí)，增加Ki；在穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)輸出產(chǎn)生波動(dòng)現(xiàn)象，適當(dāng)增加Kd；系統(tǒng)輸出對(duì)于干擾信號(hào)反映靈敏，適當(dāng)減小Kd；上升時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，增加Kp；系統(tǒng)輸出發(fā)生振蕩減小Kp。談如何整定PID參數(shù)各種工藝裝置采用DCS系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制，DCS系統(tǒng)在各類生產(chǎn)裝置工藝過(guò)程中占有舉足輕重的地位，它指揮和控制生產(chǎn)過(guò)程的大腦和神經(jīng)中樞，是各類生產(chǎn)裝置保證工藝指標(biāo)、安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)、節(jié)能降耗及優(yōu)化操作和改善生產(chǎn)管理的關(guān)鍵，DCS能否發(fā)揮應(yīng)有的作用和取得用戶滿意的效果，其中自控率是一項(xiàng)很重要的指標(biāo)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)能否投入自動(dòng)，PID參數(shù)整定很關(guān)鍵。一、調(diào)節(jié)器正/反作用的確定方法調(diào)節(jié)系統(tǒng)投自動(dòng)：往往在控制方案確定好且判斷出調(diào)節(jié)器的正/反作用后，最關(guān)鍵的是P、I、D參數(shù)如何整定，根據(jù)多年的現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)，談?wù)勅绾握ㄕ{(diào)節(jié)系統(tǒng)的P、I、D參數(shù)，請(qǐng)大家在工程中參考。在整定調(diào)節(jié)系統(tǒng)的P、I、D參數(shù)前，要保證一個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)必須是負(fù)反饋，即Ko*Kv*Kc ＞0。_PV Kc（PID）KvKo測(cè)量sp單回路PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖amp。Oslash。調(diào)節(jié)對(duì)象Ko：閥門、執(zhí)行器開大，測(cè)量PV增加，則Ko＞0；反之，則Ko＜0；amp。Oslash。