(毕业设计)PID控制器参数整定技术的研究

1、摘要： 工业生产的不断发展，对过程控制提出了新的挑战，对控制系统的性能也提出了更高的要求。一个控制系统是否处于最优整定状态，其主要的影响因素是调节器的参数是否处于最优状态。在工业过程控制中，对于连续系统，目前采用最多的控制方式依然是PID方式，因此对于PID控制器参数的确定十分关键。本文简要介绍了PID控制器的参数整定方法。关键字：PID控制器参数 整定方法 绪论引言：PID控制器（比例-积分-微分控制器），由比例单元 P、积分单元 I 和微分单元 D 组成。通过Kp， Ki和Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。 PID 控制器是一个在工业控制应用中

2、常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个PID反馈回路却可以保持系统的稳定。 比例- 来控制当前，误差值和一个负常数P（表示比例）相乘，然后和预定的值相加。P只是在控制器的输出和系统的误差成比例的时候成立。这种控制器输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系。积分 - 来控制过去，误差值

3、是过去一段时间的误差和，然后乘以一个负常数I，然后和预定值相加。I从过去的平均误差值来找到系统的输出结果和预定值的平均误差。一个简单的比例系统会振荡，会在预定值的附近来回变化，因为系统无法消除多余的纠正。通过加上一个负的平均误差比例值，平均的系统误差值就会总是减少。所以，最终这个PID回路系统会在预定值定下来。 导数 - 来控制将来，计算误差的一阶导，并和一个负常数D相乘，最后和预定值相加。这个导数的控制会对系统的改变作出反应。导数的结果越大，那么控制系统就对输出结果作出更快速的反应。这个D参数也是PID被称为可预测的控制器的原因。D参数对减少控制器短期的改变很有帮助。一些实际中的速度缓慢的系

4、统可以不需要D参数。 用更专业的话来讲，一个PID控制器可以被称作一个在频域系统的滤波器。这一点在计算它是否会最终达到稳定结果时很有用。如果数值挑选不当，控制系统的输入值会反复振荡，这导致系统可能永远无法达到预设值。比例积分微分控制器（PID）的结构图: 控制器参数对控制性能的影响(1) 比例作用对控制性能的影响比例增益Kp的引入是为了及时地反映控制系统的偏差信号，一旦系统出现了偏差，例调节作用立即产生调节作用，使系统偏差快速向减小的趋势变化。当比例增益称大的时候，PID控制器可以加快调节，但是过大的比例增益会使调节过程出现较大的超调量，从而降低系统的稳定性，在某些严重的情况下，甚至可能造成系

5、统不稳定。针对比例增益可能带来系统超调量过大的问题，HangC .C等人提出了一种关于比例控制的改进算法。该法通过在比例控制中引入加权系数， 即通过调节设定值的比例增益部分，减小相应的比例作用以克服系统动态超调量过大的问题。进一步分析可知，这种改进算法实际上是基于这个假设:即过程的超调量完全是由于比例作用引起的。但是实际过程中，尤其对大滞后、慢时变对象，积分作用对超调量的贡献往往是最重要的。(2) 积分作用对控制性能的影响积分作用的引入是为了使系统消除稳态误差，提高系统的无差度，以保证实现对设定值的无静差跟踪。假设系统己经处于闭环稳定状态，此时的系统输出和误差量保持为常值Uo和Eo，可知，只有

6、当且仅当动态误差e(t) = 0时，控制器的输出才为常数。因此，从原理上看，只要控制系统存在动态误差，积分调节就产生作用，直至无差，积分作用就停止，此时积分调节输出为一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数T;的大小，T,越小，积分作用越强，反之则积分作用弱。积分作用的引入会使系统稳定性下降，动态响应变慢。实际中，积分作用常与另外两种调节规律结合，组成PI控制器或者PID控制器。(3 )微分作用对控制性能的影响微分作用的引入，主要是为了改善控制系统的响应速度和稳定性。微分作用能反映系统偏差的变化律，预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用。直观而言，微分作用能在偏差还没有形成之前，就已经消除偏差。因此，微分作用可以改善系统的动态性能。微分作用的强弱取决于微分时间Td的大小，Td越大，微分作用越强，反之则越弱。在微分作用合适的情况下，系统的超调量和调节时间可以被有效的减小。从滤波器的角度看，微分作用相当于一个高通滤波器，因此它对噪声千扰有放大作用，而这是我们在设计控制系统时不希望看到的。所以我们不能过强地增加微分调节，