如何设置和调整PID控制参数

PID控制简介

当前的工业自动化水平已成为各行各业现代化水平的重要指标. 同时，控制理论的发展经历了三个阶段: 经典控制理论，现代控制理论和智能控制理论. 智能控制的典型示例是模糊全自动洗衣机. 自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统. 控制系统包括控制器，传感器，变送器，执行器，输入和输出接口. 控制器的输出通过输出接口和执行器添加到受控系统中. 控制系统的受控量通过传感器和变送器，然后通过输入接口发送到控制器. 不同的控制系统具有不同的传感器，变送器和执行器. 例如，压力控制系统使用压力传感器. 电加热控制系统的传感器是温度传感器. 目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪器）种类繁多，产品已在工程实践中得到广泛应用. PID控制器产品种类繁多，各大公司开发了具有参数自整定功能的PID智能调节器，通过智能调节或自校正和自适应算法实现PID控制器参数的自动调节. 有通过PID控制实现的压力，温度，流量和液位控制器，可以实现PID控制功能的可编程控制器（PLC）和可以实现PID控制的PC系统等. 可编程控制器（PLC）使用其封闭式回路控制模块实现PID控制，而可编程控制器（PLC）可以直接连接到ControlNet. 还有一些控制器可以执行PID控制功能，例如罗克韦尔的Logix产品系列，可以直接连接到ControlNet并使用网络来实现其远程控制功能.

1. 开环控制系统

开环控制系统（开环控制系统）意味着受控对象的输出（受控量）对控制器的输出没有影响. 在这样的控制系统中，它不依赖于将控制量送回以形成任何闭环.

2. 闭环控制系统

闭环控制系统（闭环控制系统）的特征是系统的受控对象的输出（受控量）将被送回以影响控制器的输出，从而形成一个或多个闭环. 闭环控制系统具有正反馈和负反馈. 如果反馈信号与系统设定点信号相反，则称为负反馈. 如果极性相同，则称为正反馈. 通常，闭环控制系统使用负反馈. ，也称为负反馈控制系统. 闭环控制系统的例子很多. 例如，人是具有负反馈的闭环控制系统. 眼睛是充当反馈的传感器. 人体系统可以通过连续校正来做出各种正确的动作. 没有眼睛，就没有反馈回路，它成为一个开环控制系统. 在另一个示例中，当真正的全自动洗衣机具有连续检查衣物是否被洗涤并且能够在洗涤后自动切断电源的能力时，它就是一个闭环控制系统.

3. 阶跃响应

阶跃响应是指将阶跃函数添加到系统时系统的输出. 稳态误差是指系统响应进入稳态后，系统的预期输出与实际输出之间的差异. 控制系统的性能可以用三个词来描述: 稳定，准确和快速. 稳定性是指系统的稳定性. 为了使系统正常运行，必须首先使其稳定. 从阶跃响应的角度来看，它应该是收敛的. 精度是指控制系统的精度和控制精度. 稳态误差（Steady-state error）描述，代表系统输出稳态值与期望值之差；快速是指控制系统的快速响应，通常用上升时间来定量描述.

4. PID控制的原理和特点

在工程实践中，最广泛使用的调节器控制律是比例控制，积分控制和微分控制，称为PID控制，也称为PID调节. PID控制器已经存在了将近70年. 它具有结构简单温度pid控制参数设定，稳定性好，运行可靠，调整方便等特点，已成为工业控制的主要技术之一. 当无法完全掌握被控制对象的结构和参数，或者没有精确的数学模型时，很难采用其他控制理论技术. 系统控制器的结构和参数必须根据经验和现场调试来确定. PID控制技术是最方便的. 也就是说，当我们对系统和受控对象不完全了解，或者无法通过有效的测量方法获得系统参数时，PID控制技术是最合适的. PID控制还具有PI和PD控制. PID控制器基于系统误差，使用比例，积分和微分来计算要控制的控制量.

比例（P）控件

比例控制是最简单的控制方法之一. 控制器的输出与输入错误信号成比例. 仅存在比例控制时温度pid控制参数设定，系统输出中存在稳态误差.

集成（I）控件

在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成比例. 对于自动控制系统，如果在进入稳态后出现稳态误差，则称该控制系统具有稳态误差，或者仅是具有稳态误差的系统. 为了消除稳态误差，必须在控制器中引入一个“积分项”. 积分项的误差取决于时间的积分. 随着时间的增加，积分项将增加. 这样，即使误差很小，积分项也会随着时间增加. 它推动控制器的输出增加，并且稳态误差进一步减小，直到等于零为止. 因此，比例+积分（PI）控制器可以使系统进入稳态后没有稳态误差.

差异（D）控制

在差分控制中，控制器的输出与输入误差信号的差分（即误差的变化率）成正比. 在调整过程中，自动控制系统可能会振荡甚至变得不稳定，以克服错误. 其原因是，由于存在较大的惯性分量（链接）或延迟分量，它们具有抑制误差的作用，因此它们的变化总是滞后于误差的变化. 解决方案是“领先”抑制错误的效果的变化，即，当误差接近零时，抑制错误的效果应为零. 也就是说，仅在控制器中引入“比例”术语通常是不够的. 比例项的作用仅仅是放大误差的大小. 目前需要的是“微分项”，它可以预测误差变化的趋势. 这样，比例+微分的控制器可以使抑制误差的控制效果提前等于零甚至是负值，从而避免了控制量的严重过冲. 因此，对于惯性或滞后较大的受控对象，比例+微分（PD）控制器可以在调节过程中改善系统的动态特性.

5. PID控制器参数设置

PID控制器的参数设置是控制系统设计的核心内容. 它基于受控过程的特征来确定PID控制器的比例系数，积分时间和微分时间的大小. PID控制器参数调整的方法很多，可以归纳为两类: 一是理论计算调整方法. 它主要是基于系统的数学模型，通过理论计算确定控制器参数. 通过这种方法获得的计算数据可能无法直接使用，但必须通过实际项目进行调整和修改. 第二种是工程调整方法，主要依靠工程经验，直接在控制系统测试中进行. 该方法简单易掌握，在工程实践中得到了广泛的应用. PID控制器参数的工程整定方法主要有临界比率法，响应曲线法和衰减法. 三种方法各有特点，共同点是通过测试，然后根据工程经验公式调整控制器参数. 但是无论采用哪种方法，在实际操作中都需要对控制器参数进行调整和完善. 现在，一般采用临界比率法. 使用此方法调整PID控制器参数的步骤如下:

（1）首先，预先选择足够短的采样周期以使系统正常工作；

（2）仅添加比例控制链接，直到系统以临界振动响应输入阶跃响应，并注意此时的比例放大系数和临界振动周期；

（3）在一定程度的控制下，可以通过公式计算PID控制器的参数.

PID参数设置: 依靠经验和熟悉的过程，参考测量值跟踪和设置值曲线来调整P \ I \ D的大小.

各种调节系统中PID控制器参数的工程设置，P.I.D参数的经验数据可参考以下内容:

温度T: P = 20〜60％，T = 180〜600s，D = 3-180s

压力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.

这本书中的常见提示:

找到最佳参数设置，从小到大依次检查

首先是比例，然后是积分，最后是导数相加

曲线频繁振荡，应放大刻度盘

曲线在大托架上浮动，比例刻度盘朝小刻度拉动

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