PID参数调整的几种方法

自动调节器的参数工程整定（PID），是自动调节系统运行中相当重要的一个问题，在调节方案已经确定，仪表及可调节执行器（变频器、调节门）等已经选定即调节系统确定之后，适当的比例度P、积分时间Ti、微分时间Td 的参数，是保证和提高调节质量的主要手段。
参数整定的方法有很多种，通常采用经验方法进行参数整定，这种方法不需要获得调节对象的动态特性，直接在闭合的调节系统中进行整定，方法简单，容易掌握，但这种方法比较近似，误差相对较大。
调节器的各个调节参数对调节过程分别起着不同的作用：
1、比例度P的变化对调节过程的影响。当比例度越大，说明调节作用越弱，必然导致过渡过程曲线变化缓慢，震荡周期长，衰减比变大。如果是纯比例作用，则稳定后余差也大；相反，减少比例度值相当于加强调节作用，曲线波动快，震荡周期短，衰减比变小；当比例度值增至某一数值时，会出现等幅的周期性震荡，这时的比例度称为临界比例度。
2、积分时间Ti变化对调节过程的影响。积分时间Ti越大，说明调节作用越弱；积分时间Ti越小，说明调节作用越强。一般变化趋势是积分时间Ti越小调节作用越强，曲线震荡逐渐加剧、周期逐渐缩短、余差也越来越小。但如果积分时间Ti过小，由于积分作用太强，造成曲线剧烈震荡，消除余差的时间较长；当积分时间Ti无限大时，调节器就是个纯比例调节器。
3、微分时间Td i变化对调节过程的影响。微分时间Td i越大，说明调节作用越强；微分时间Td i越小，说明调节作用越弱。微分作用越强，调节作用也越强，其结果是使震荡越来越剧烈，周期越来越短，微分作用后，余差也会有所消除。但当微分作用加得不恰当，微分时间Td I太大会引起大幅度的震荡，太小了则作用不明显，对调节质量改善不大。当等于零时没有微分作用。
我们经常采用的调节器的整定方法有经验凑试法、衰减曲线和临界比例度等。
1、 临界比例度法：一个自动调节系统，在外界干扰作用后不能回到平衡状态而产生一种等幅震荡，这样的调节过程称为临界震荡过程。临界震荡过程的操作作用周期是临界周期Tk，被调参数处于临界震荡过程时的比例度称为临界比例度δk 。临界比例度法整定调节器参数就是要在纯比例作用下，在闭合的调节系统中，从大到小，逐渐改变调节器的比例度以便在上述的临界震荡过程中出现等幅震荡。经验公式如下：
调节器 参数
比例度% 积分调节 微分调节
P 2δk
PI 2．2δk 0．85Tk
PID 1．7δk 0．5Tk 0．13Tk

等幅曲线如下图：

Tk



2、经验法：经验法是一种凑试法，直接在闭合调节系统中，逐渐反复凑试。是在对调节规律和对调节特性的定性分析中总结出来的方法，目前应用最广泛。经验法整定步骤一种是先用简单比例（δ）再加积分（Ti）最后加微分（Td）作用的方法，最后达到4：1衰减比。总的原则是震荡过强则加大比例度，延长积分时间；回复过慢则缩小比例度，缩短积分时间。如果是PID调节时已经确定δ和Ti值的基础上，再引入微分Td，引入微分后可将δ和Ti都比原来要小一些，微分时间（Td）也要凑试，以使过渡时间最短，超调量最小。
2、 衰减曲线法：这种方法不需要进行大量的凑试，也不需要得到临界震荡过程。而直接求得调节器的比例度，整定步骤简单明了，下面介绍4：1衰减曲线法。纯比例作用下一个自动调节系统，通过调节比例度δs，出现4：1衰减过程，两相邻波峰之间的距离称为4：1衰减震荡周期 Ts，根据δs和Ts利用经验公式计算出调节器的参数δ、Ti、Td。经验公式如下：
δ% Ti Td
P δs
PI 1.2δs 0.5Ts
PID 0.8δs 0.3Ts 0.1Ts
4：1衰减曲线法要求在工艺稳定的条件下给定量干扰，否则记录的曲线是几种外界干扰同时作用而产生的叠加，不可能得到正确的4：1衰减比例度和操作周期。
4：1衰减曲线图如下：
Ts

4 1