PID参数如何设定调节

1、PID参数如何设定调节 -比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关 系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（ Steady-state error ）。积分（ I ）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动 控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或 简称有差系统（ System with Steady-state Error ）。为了消除稳态误差，在控制器 中必须引入 “积分项”。积分项对误差取决于时间的积分， 随着时间的增加， 积分项 会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间

2、的增加而加大，它推动控制器 的输出增大使稳态误差进一步减小， 直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可 以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正 比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。 其原因是由于存在有较大惯性组件 （环节） 或有滞后 （delay） 组件，具有抑制误差的作 用，其变化总是落后于误差的变化。 解决的办法是使抑制误差的作用的变化 “超前”， 即在误差接近零时， 抑制误差的作用就应该是零。 这就是说，在控制器中仅引入 “比 例”项往往是不够的， 比例项的作用仅是放大误差

3、的幅值， 而目前需要增加的是 “微 分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例 +微分的控制器，就能够提前使 抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对 有较大惯性或滞后的被控对象，比例+ 微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动 态特性。5、PID控制器的参数整定PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性 确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模 型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，

4、还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验， 直接在控制系统的试验中进行， 且方法简单、 易于掌握， 在工程实际中被广泛采用。 PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种 方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进 行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最 后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID 控制器参数的 整定步骤如下：（1）首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；（2）仅加入比例 控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比

5、例放大系数和 临界振荡周期；（3）在一定的控制度下通过公式计算得到 PID控制器的参数。PID参数的设定：是靠经验及工艺的熟悉，参考测量值跟踪与设定值曲线，从 而调整 PID 的大小。PID控制器参数的工程整定，各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照:温度 T: P=2060%,T=180600s,D=3-180s压力 P: P=3070%,T=24180s,液位 L: P=2080%,T=60300s,流量 L: P=40100%,T=660s。书上的常用口诀: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

6、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1 、基础知识在自动调节系统中，E=SP-PV其中，E为偏差、SP为给定值、PV为测量 值。当SP大于PV时为正偏差，反之为负偏差。1) 比例调节作用的动作与偏差的大小成正比； 当比例度为 100时，比例作 用的输出与偏差按各自量程范围的 1: 1 动作。当比例度为 10时，按 10: 1 动作。即比例度越小， 比例作用越强。 比例作用太强会引起振荡。 太弱会造成比例欠调， 造成系统收敛过程的波动周期太多， 衰减比

7、太小。 其作用是稳定被调参数。2) 积分调节作用的动作与偏差对时间的积分成正比。 即偏差存在积分作用 就会有输出。它起着消除余差的作用。积分作用太强也会引起振荡，太 弱会使系统存在余差。3) 微分调节作用的动作与偏差的变化速度成正比。 其效果是阻止被调参数 的一切变化，有超前调节的作用。对滞后大的对象有很好的效果。但不 能克服纯滞后。 适用于温度调节。 使用微分调节可使系统收敛周期的时 间缩短。微分时间太长也会引起振荡。2、整定方法经验法是简单调节系统应用最广泛的整定方法，是一种试凑法。它通过参 数预先设置和反复试凑来实现。参数的预置值要根据对象的特性和仪表的量程决定 仪表量程大的PID参数要

8、适当加强作用。四类被调参数的一般范围如下：被调参数比例度%积分时间min微分时间min流量1003000.11温度1002003300.53压力1003000.43液位80200实际情况可能超出此范围这里介绍一种经验法。这种方法实质上是一种试凑法，它是在生产实践中总结 出来的行之有效的方法，并在现场中得到了广泛的应用。这种方法的基本程序是先根据运行经验，确定一组调节器参数，并将系统投入 闭环运行，然后人为地加入阶跃扰动(如改变调节器的给定值)，观察被调量或调节 器输出的阶跃响应曲线。若认为控制质量不满意，则根据各整定参数对控制过程的 影响改变调节器参数。这样反复试验，直到满意为止。经验法简单可

9、靠，但需要有一定现场运行经验，整定时易带有主观片面性。当 采用PID调节器时，有多个整定参数，反复试凑的次数增多，不易得到最佳整定参 数。下面以PID调节器为例，具体说明经验法的整定步骤：让调节器参数积分系数 S0=0,实际微分系数k=0,控制系统投入闭环运行， 由小到大改变比例系数S1,让扰动信号作阶跃变化，观察控制过程，直到获得满意 的控制过程为止。取比例系数S1为当前的值乘以0.83，由小到大增加积分系数 S0,同样让扰 动信号作阶跃变化，直至求得满意的控制过程。(3)积分系数S0保持不变，改变比例系数S1，观察控制过程有无改善，如有改 善则继续调整，直到满意为止。否则，将原比例系数S1

10、增大一些，再调整积分系数 S0,力求改善控制过程。如此反复试凑，直到找到满意的比例系数S1和积分系数S0为止。引入适当的实际微分系数k和实际微分时间TD,此时可适当增大比例系数S1 和积分系数S0。和前述步骤相同，微分时间的整定也需反复调整，直到控制过程满 意为止。注意：仿真系统所采用的PID调节器与传统的工业PID调节器有所不同，各个 参数之间相互隔离，互不影响，因而用其观察调节规律十分方便。PID 参数是根据控制对象的惯量来确定的。大惯量如：大烘房的温度控制，一般 P 可在 10 以上 ,I=3-10,D=1 左右。小惯量如：一个小电机带 一水泵进行压力闭环控制，一般只用 PI 控制。 P

11、=1-10,I=0.1-1,D=0, 这些要在 现场调试时进行修正的。我提供一种增量式 PID 供大家参考U(k)=Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2)A=Kp(1+T/Ti+Td/T)B=Kp(1+2Td/T)C=KpTd/TT 采样周期 Td 微分时间 Ti 积分时间用上面的算法可以构造自己的 PID 算法U (K) =U (K-1) + U (K)由于项目需要，需要模糊控制算法， 之前此类知识为 0 ，经过半个多月 的研究， 终于有的小进展。开始想从强大的互联网上搜点 c 代码来研究下，结果 搜遍所有 搜索引擎都搜不到， 以下本人从修改的模糊控制代码， 经过自己修改后 可在 vc6

12、.0 ， 运行！输入 e 表示输出误差， ec 表示误差变化率， 经过测试具有很 好的控制效果， 对于非线性系统和数学模型难以建立的系统来说有更好的控制效果！ #include <stdio.h>#include"math.h"#define PMAX100#define PMIN-100#define DMAX100#define DMIN-100#define FMAX100/* 语言值的满幅值 */int PFF4=0,12,24,48; /* 输入量 D 语言值特征点 */ int DFF4=0,16,32,64; /* 输出量 U 语言值特征点 */

13、int UFF7=0,15,30,45,60,75,90;/* 采用了调整因子的规则表 ,大误差时偏重误差 ,小误差时偏重误差变化 */ /*a0=0.3,a1=0.55,a2=0.74,a3=0.89 */ 误差int rule77= /误差变化率 -3,-2,-1, 0, 1, 2, 3 -6,-6,-6,-5,-5,-5,-4, / -3 -5,-4,-4,-3,-2,-2,-1, / -2 -4,-3,-2,-1, 0, 1, 2, / -1 -4,-3,-1, 0, 1, 3, 4, / 0 -2,-1, 0, 1, 2, 3, 4, / 11, 2, 2, 3, 4, 4, 5,/

14、 2 4, 5, 5, 5, 6, 6, 6; / 3*int Fuzzy(int P,int D) /* 模糊运算引擎 */ int U;/* 偏差,偏差微分以及输出值的精确量 */属度*/unsigned int PF2,DF2,UF4; /* 偏差,偏差微分以及输出值的隶 int Pn,Dn,Un4;long temp1,temp2;/* 隶属度的确定 */ /*根据 PD 的指定语言值获得有效隶属度 */ if(P>-PFF3 && P<PFF3)if(P<=-PFF2)Pn=-2;PF0=FMAX*(float)(-PFF2-P)/(PFF3-PFF

15、2);else if(P<=-PFF1)Pn=-1;PF0=FMAX*(float)(-PFF1-P)/(PFF2-PFF1);else if(P<=PFF0)Pn=0;PF0=FMAX*(float)(-PFF0-P)/(PFF1-PFF0);else if(P<=PFF1)Pn=1; PF0=FMAX*(float)(PFF1-P)/(PFF1-PFF0);else if(P<=PFF2)Pn=2; PF0=FMAX*(float)(PFF2-P)/(PFF2-PFF1);else if(P<=PFF3)Pn=3; PF0=FMAX*(float)(PFF3-

16、P)/(PFF3-PFF2);else if(P<=-PFF3)Pn=-2;PF0=FMAX;else if(P>=PFF3)Pn=3;PF0=0;PF1=FMAX-PF0;if(D>-DFF3 && D<DFF3)if(D<=-DFF2)Dn=-2;DF0=FMAX*(float)(-DFF2-D)/(DFF3-DFF2);else if(D<=-DFF1)Dn=-1;DF0=FMAX*(float)(-DFF1-D)/(DFF2-DFF1);else if(D<=DFF0)Dn=0;DF0=FMAX*(float)(-DFF0-D)

17、/(DFF1-DFF0);else if(D<=DFF1)Dn=1;DF0=FMAX*(float)(DFF1-D)/(DFF1-DFF0);else if(D<=DFF2)Dn=2;DF0=FMAX*(float)(DFF2-D)/(DFF2-DFF1);else if(D<=DFF3)Dn=3;DF0=FMAX*(float)(DFF3-D)/(DFF3-DFF2);else if(D<=-DFF3)Dn=-2;DF0=FMAX;else if(D>=DFF3)Dn=3;DF0=0;DF1=FMAX-DF0;/* 使用误差范围优化后的规则表rule77*/*输

18、出值使用13个隶属函数 冲心值由UFF7指定*/*一般都是四个规则有效 */Un0=rulePn-1+3Dn-1+3;Un1=rulePn+3Dn-1+3;Un2=rulePn-1+3Dn+3;Un3=rulePn+3Dn+3; if(PF0<=DF0)UF0=PF0;elseUF0=DF0;if(PF1<=DF0)UF1=PF1;elseUF1=DF0;if(PF0<=DF1)UF2=PF0;elseUF2=DF1;if(PF1<=DF1)UF3=PF1;ElseUF3=DF1;/*同隶属函数输出语言值求大 */if(Un0=Un1)if(UF0>UF1)UF1

19、=0;if(Un0=Un2) if(Un0=Un3) if(Un1=Un2) if(UF1>UF2) UF2=0;else UF1=0; if(Un1=Un3)if(UF1>UF3)if(Un2=Un3) if(UF0>UF2)if(UF0>UF3)UF3=0;if(UF2>UF3)else UF0=0; UF2=0;elseUF3=0;elseelse UF1=0; UF3=0; elseUF0=0; UF0=0; UF2=0; /*重心法反模糊 */*Un 原值为输出隶属函数标号，转换为隶属函数值 */if(Un0>=0)Un0=UFFUn0;elseU

20、n0=-UFF-Un0;if(Un1>=0)Un1=UFFUn1;elseUn1=-UFF-Un1;if(Un2>=0)Un2=UFFUn2;else Un2=-UFF-Un2;if(Un3>=0) Un3=UFFUn3;else Un3=-UFF-Un3; temp1=UF0*Un0+UF1*Un1+UF2*Un2+UF3*Un3; temp2=UF0+UF1+UF2+UF3;U=temp1/temp2;return U;void main()int a=0,e,ec; /*int nowpoint,p1,p2=1; FILE *in,*out; in=fopen(&quo

21、t;in.txt","r"); out=fopen("out.txt","w");*/ /while(!feof(in) while(1) /fscanf(in,"%d",&nowpoint); /p1=nowpoint; /e=0-nowpoint;/ec= p1-p2;printf(" 请输入 e:");scanf("%d",&e);printf(" 请输入 ec:");scanf("%d",&ec

22、);a=Fuzzy(e,ec); /fprintf(out,"%d ",a); /printf("%d: ",p1);printf("e: %d ec: %d ",e,ec);printf("a: %d n",a); /p2=p1; /fclose(in); /fclose(out); PID 调节器参数整定方法很多，常见的工程整定方法有临界比例度法、衰减曲线法 和经验法。临界比例度法 一个调节系统，在阶跃干扰作用下，出现既不发散也不衰减的等幅震荡过程，此过 程成为等幅振荡过程，如下图所示。此时调节器的比例度为临界

23、比例度sk,被调参数的工作周期为为临界周期Tk临界比例度法整定PID参数步骤1、将调节器积分时间设定为无穷大、微分时间设定为零（即TiTd= 0）,比例度适当取值，调节系统按纯比例作用投入。稳定后，适当减小比例度，在外界干 扰作用下，观察过程变化情况，寻取系统等幅振荡临界状态，得到临界参数。2、根据临界比例度S k和为临界周期Tk，按下表计算出调节器参数整定值 临界比例度法PID参数整定经验公式调节 规律调节器参数比例度3,单 位：积分时间Ti，单位：min微分时间Td,单 位：minP2X3 kPI2.2 X3 k0.85 X TkPID1.7 X3 k0.5 X Tk0.125 X Tk3、将计算所得的调节器参数输入调节器后再次运行调节系统，观察过程变化情况。 多数情况下系统均能稳定运行状态，如果还未达到理想控制状态，进需要对参数微 调即可。衰减曲线法衰减曲线法整定调节器参数通常会按照 4: 1和10: 1两种衰减方式进行，两种方法操作步骤相同，但分别适用于不同工