PID編程過(guò)程中相關(guān)參數整定問(wèn)題

　　在工程實(shí)際中，應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制，又稱(chēng)PID調節。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它以其結構簡(jiǎn)單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統控制器的結構和參數必須依靠經(jīng)驗和現場(chǎng)調試來(lái)確定，這時(shí)應用PID控制技術(shù)最為方便。即當我們不完全了解一個(gè)系統和被控對象﹐或不能通過(guò)有效的測量手段來(lái)獲得系統參數時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的。

　　比例(P)控制

　　比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當僅有比例控制時(shí)系統輸出存在穩態(tài)誤差(Steady-state error)。

　　積分(I)控制

　　在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個(gè)自動(dòng)控制系統，如果在進(jìn)入穩態(tài)后存在穩態(tài)誤差，則稱(chēng)這個(gè)控制系統是有穩態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統(System with Steady-state Error)。為了消除穩態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時(shí)間的積分，隨著(zhù)時(shí)間的增加，積分項會(huì )增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統在進(jìn)入穩態(tài)后無(wú)穩態(tài)誤差。

　　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(guān)系。自動(dòng)控制系統在克服誤差的調節過(guò)程中可能會(huì )出現振蕩甚至失穩。其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)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(shí)，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說(shuō)，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(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。

　　在PID參數進(jìn)行整定時(shí)如果能夠有理論的方法確定PID參數當然是最理想的方法，但是在實(shí)際的應用中，更多的是通過(guò)湊試法來(lái)確定PID的參數。

　　增大比例系數P一般將加快系統的響應，在有靜差的情況下有利于減小靜差，但是過(guò)大的比例系數會(huì )使系統有比較大的超調，并產(chǎn)生振蕩，使穩定性變壞。

　　增大積分時(shí)間I有利于減小超調，減小振蕩，使系統的穩定性增加，但是系統靜差消除時(shí)間變長(cháng)。

　　增大微分時(shí)間D有利于加快系統的響應速度，使系統超調量減小，穩定性增加，但系統對擾動(dòng)的抑制能力減弱。

　　在湊試時(shí)，可參考以上參數對系統控制過(guò)程的影響趨勢，對參數調整實(shí)行先比例、后積分，再微分的整定步驟。

　　首先整定比例部分。將比例參數由小變大，并觀(guān)察相應的系統響應，直至得到反應快、超調小的響應曲線(xiàn)。如果系統沒(méi)有靜差或靜差已經(jīng)小到允許范圍內，并且對響應曲線(xiàn)已經(jīng)滿(mǎn)意，則只需要比例調節器即可。

　　如果在比例調節的基礎上系統的靜差不能滿(mǎn)足設計要求，則必須加入積分環(huán)節。在整定時(shí)先將積分時(shí)間設定到一個(gè)比較大的值，然后將已經(jīng)調節好的比例系數略為縮小，然后減小積分時(shí)間，使得系統在保持良好動(dòng)態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。在此過(guò)程中，可根據系統的響應曲線(xiàn)的好壞反復改變比例系數和積分時(shí)間，以期得到滿(mǎn)意的控制過(guò)程和整定參數。

　　如果在上述調整過(guò)程中對系統的動(dòng)態(tài)過(guò)程反復調整還不能得到滿(mǎn)意的結果，則可以加入微分環(huán)節。首先把微分時(shí)間D設置為0，在上述基礎上逐漸增加微分時(shí)間，同時(shí)相應的改變比例系數和積分時(shí)間，逐步湊試，直至得到滿(mǎn)意的調節效果。

　　書(shū)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(xiàn)振蕩很頻繁，比例度盤(pán)要放大;

　　曲線(xiàn)漂浮繞大灣，比例度盤(pán)往小扳;

　　曲線(xiàn)偏離回復慢，積分時(shí)間往下降;

　　曲線(xiàn)波動(dòng)周期長(cháng)，積分時(shí)間再加長(cháng);

　　曲線(xiàn)振蕩頻率快，先把微分降下來(lái);

　　動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢。微分時(shí)間應加長(cháng);

　　理想曲線(xiàn)兩個(gè)波，前高后低4比1;

　　一看二調多分析，調節質(zhì)量不會(huì )低。