PID參數如何設定調節
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微分（D）控制
在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩。其原因是由于存在有較大慣性組件（環節）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,抑制誤差的作用就應該是零。這就是說,在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的,比例項的作用僅是放大誤差的幅值,而目前需要增加的是“微分項”,它能預測誤差變化的趨勢,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,甚至為負值,從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象,比例+微分(PD)控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。
5、PID控制器的參數整定
PID控制器的參數整定是控制系統設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數整定的方法很多,概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據系統的數學模型,經過理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用,還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法,它主要依賴工程經驗,直接在控制系統的試驗中進行,且方法簡單、易于掌握,在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數的工程整定方法,主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點,其共同點都是通過試驗,然后按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數,都需要在實際運行中進行最后調整與完善。現在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行PID控制器參數的整定步驟如下：(1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統工作﹔(2)僅加入比例控制環節,直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩,記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期﹔(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數。
PID參數的設定：是靠經驗及工藝的熟悉,參考測量值跟蹤與設定值曲線,從而調整PID的大小。
PID控制器參數的工程整定,各種調節系統中P.I.D參數經驗數據以下可參照：
溫度T:P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s
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。
書上的常用口訣：
參數整定找最佳,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
曲線偏離回復慢,積分時間往下降
曲線波動周期長,積分時間再加長
曲線振蕩頻率快,先把微分降下來
動差大來波動慢。微分時間應加長
理想曲線兩個波,前高后低4比1
一看二調多分析,調節質量不會低
這里介紹一種經驗法。這種方法實質上是一種試湊法,它是在生產實踐中總結出來的行之有效的方法,并在現場中得到了廣泛的應用。
這種方法的基本程序是先根據運行經驗,確定一組調節器參數,并將系統投入閉環運行,然后人為地加入階躍擾動（如改變調節器的給定值）,觀察被調量或調節器輸出的階躍響應曲線。若認為控制質量不滿意,則根據各整定參數對控制過程的影響改變調節器參數。這樣反復試驗,直到滿意為止。
經驗法簡單可靠,但需要有一定現場運行經驗,整定時易帶有主觀片面性。當采用PID調節器時,有多個整定參數,反復試湊的次數增多,不易得到最佳整定參數。
下面以PID調節器為例,具體說明經驗法的整定步驟：
⑴讓調節器參數積分系數S0=0,實際微分系數k=0,控制系統投入閉環運行,由小到大改變比例系數S1,讓擾動信號作階躍變化,觀察控制過程,直到獲得滿意的控制過程為止。
⑵取比例系數S1為當前的值乘以0.83,由小到大增加積分系數S0,同樣讓擾動信號作階躍變化,直至求得滿意的控制過程。
(3)積分系數S0保持不變,改變比例系數S1,觀察控制過程有無改善,如有改善則繼續調整,直到滿意為止。否則,將原比例系數S1增大一些,再調整積分系數S0,力求改善控制過程。如此反復試湊,直到找到滿意的比例系數S1和積分系數S0為止。
⑷引入適當的實際微分系數k和實際微分時間TD,此時可適當增大比例系數S1和積分系數S0。和前述步驟相同,微分時間的整定也需反復調整,直到控制過程滿意為止。
注意：仿真系統所采用的PID調節器與傳統的工業PID調節器有所不同,各個參數之間相互隔離,互不影響,因而用其觀察調節規律十分方便。
PID參數是根據控制對象的慣量來確定的。大慣量如：大烘房的溫度控制,一般P可在10以上,I=3-10,D=1左右。小慣量如：一個小電機帶
一水泵進行壓力閉環控制,一般只用PI控制。P=1-10,I=0.1-1,D=0,這些要在現場調試時進行修正的。
我提供一種增量式PID供大家參考
△U(k)=Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2)
A=Kp(1+T/Ti+Td/T)
B=Kp(1+2Td/T)
C=KpTd/T
T采樣周期Td微分時間Ti積分時間
用上面的算法可以構造自己的PID算法。
U（K）=U（K-1）+△U（K）
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