PID控制参数整定.pdf

PID控制是一种广泛应用于工业控制系统的反馈控制技术，其全称是比例-积分-微分（Proportional-Integral-Derivative）控制。在PID控制中，通过调整比例（P）、积分（I）、微分（D）三个参数，可以实现对被控对象的精确控制。以下是关于PID控制参数整定的详细知识点： 一、PID参数的作用原理 1. 比例作用（P）：比例作用与误差信号成正比，误差越大，调节作用越强。比例作用越强，调节速度越快，超调量越大，稳定性变差。当比例作用较弱时，阻尼变小，振荡程度增大，控制精度不高，稳定性好。当比例作用增强时，系统响应速度变快，超调量减少，阻尼变大，振荡程度降低，稳定性变差，但控制精度提高。 2. 积分作用（I）：积分作用用来消除余差，改善稳态精度，一般与比例作用共同作用。积分作用越强，阻尼增大，振荡程度降低，稳定性变好，但积分作用过强会导致系统响应变慢。 3. 微分作用（D）：微分作用用于提高系统的稳定性，减少超调，与被控变量的变化趋势有关，预先调节。微分作用越强，稳定性越高，可以增强比例和积分作用，提升系统性能。不过，微分作用会放大噪声，导致操作变量跳变，在实际应用中需要谨慎使用。对于具有纯滞后特性的对象，微分作用是没有效果的。 二、PID参数整定的经典计算方法 1. 响应曲线法：通过观察系统的阶跃响应曲线，根据曲线形态调整PID参数。对于一个新系统或在控制器参数发生变化时，这种方法特别有用。 2. 临界振荡法（Ziegler-Nichols法）：一种通过寻找临界振荡点来确定PID参数的方法。具体操作为：先采用纯比例控制，然后逐渐增强比例作用，直到达到等幅振荡状态，此时记录下比例增益Kcmax和振荡周期Pu，再根据Ziegler-Nichols提供的公式计算出P、I、D的值。 三、看曲线，整定PID参数的方法 通过观察系统响应曲线，可以对PID参数进行调整。例如，阶跃响应曲线可以反映系统的动态特性，包括上升时间、超调量、调节时间等，这些都是调整PID参数的重要参考依据。 四、串级控制、纯滞后对象PID控制算法标准算式 在串级控制系统中，内回路通常采用快速响应的PI控制，外回路采用PID控制。对于有纯滞后特性的对象，PID控制器的标准算式包括连续时域算式、拉普拉斯变换以及在分布式控制系统（DCS）中使用的离散化增量算式。 五、微分先行PID算法的选择方法 微分先行是指在计算PID控制器输出时，先进行微分项的计算。这种算法适用于需要高频滤波、具有较大惯性的控制对象。 六、不同类型对象的PID控制策略 1. 纯比例（P）：适用于对控制精度要求不高、允许存在余差的对象，例如液位、压力控制。 2. 比例-积分（PI）：适用于响应快速、易振荡的对象，并且有控制精度要求的场合，可适当减慢响应速度，适用于流量、压力控制。 3. 比例-积分-微分（PID）：适用于惯性大、响应缓慢，且有控制精度要求的对象，如温度控制。 在实际应用中，工程师需要根据控制对象的特性来选择合适的PID控制策略，通过不断调整PID参数，使得系统达到最佳的控制效果。PID控制参数的整定是一个综合考虑动态响应、稳定性、控制精度和抗干扰能力的过程，需要丰富的经验和专业的知识。