PID参数的意义与整定方法

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1、伺服及PLC控制系统PID参数的意义与整定方法廖常初（重庆大学，重庆400044）摘　要：用人工控制温度的策略，介绍PID控制器主要参数的意义，和整定PID参数的方法。用仿真实验的结果验证了整定方法的有效性。关键词：PID控制；参数整定；人机界面TheMeaningofPIDControllerParametersandSettingMethodLIAOChang-chu（Chongqinguniversity,Chongqing,400044）Abstract:Withmanualtemperaturecontrols

2、trategy,themeaningofPIDcontrollercentralparametersandthesettingmethodarepresented.Thevalidityofthesettingmethodisprovedbysimulationexperiment.Keywords:PIDcontrol;parametersetting1PID控制器的数学表达式5%c(∞)c(t)模拟量PID控制器的输出表达式为c(∞)（1）式中等号右边的前3项分别是比例、积分、微分部分，它人人们分别与误差ev(t)、

3、误差的积分和误差的微分成正比。图1分断剪结构示意图控制器的输入量（误差信号）为ev(t)=sp(t)－pv(t)t式中sp(t)为设定值，pv(t)为过程变量（反馈值）；mv(t)0trts是控制器的输出信号，KP为比例系数，TI和TD分别是积图1被控对象的阶跃响应曲线分时间和微分时间，M是积分部分的初始值。2闭环控制的主要性能指标3比例控制PID控制的原理可以用人对炉温的手动控制来理系统的动态性能常用阶跃响应曲线的参数来描解。假设用热电偶检测炉温，用数字显示温度值。述。阶跃输入信号在t=0之前为0，t>0时为某一恒定在

4、控制过程中，操作人员用眼睛读取炉温，并值。与炉温给定值比较，得到温度的误差值。然后用手系统进入并停留在稳态值c(∞)上下5%（或2％）的操作电位器，调节加热的电流，使炉温保持在给定误差带内的时间ts称为调节时间（见图1），到达调节时值附近。间表示过渡过程已基本结束。操作人员知道炉温稳定在给定值时电位器的大设动态过程中输出量的最大值为Cmax(t),如果它大致位置（将它称为位置L），并根据当时的温度误差值调于输出量的稳态值c(∞)，定义超调量为整控制加热电流的电位器的转角。炉温小于给定值时，误差为正，在位置L的基础上顺时针

5、增大电位器的转角，以增大加热的电流。炉温大于给定值时，误差为负，超调量反映了系统的相对稳定性，它越小动态稳在位置L的基础上反时针减小电位器的转角，并令转角定性越好，一般希望超调量小于10%。与位置L的差值与误差成正比。上述控制策略就是比例收稿日期：2010-04-09控制，即PID控制器输出中的比例部分与误差成正比，自动化应用20105期27伺服及PLC控制系统比例系数为KP。转角的位置L。因此积分部分的作用是消除稳态误差，闭环中存在着各种各样的延迟作用。例如调节电提高控制精度，积分作用一般是必须的。位器转角后，到温度上

6、升到新的转角对应的稳态值有控制器输出中的积分部分与误差的积分成正比。较大的延迟。温度的检测和转换为数字量也有延迟。由因为积分时间TI在式（1）的积分项的分母中，TI越小，积于延迟因素的存在，调节电位器转角后不能马上看到分项变化的速度越快，积分作用越强。调节的效果，因此闭环控制系统调节困难的主要原因5PI控制是系统中的延迟作用。控制器输出中的积分项根据当前误差值和过去如果比例系数太小，即调节后电位器转角与位置的历次误差值累加而成，因此积分作用本身具有严重L的差值太小，调节的力度不够，使系统输出量变化缓的滞后特性，对系统的稳

7、定性不利。如果积分项的系数慢，调节时间过长。比例系数过大，即调节后电位器转设置得不好，其负面作用很难通过积分作用本身迅速角与位置L的差值过大，调节力度太强，将造成调节过地修正。而比例项没有延迟，只要误差一出现，比例部头，甚至使温度忽高忽低，来回震荡。分就会立即起作用。因此积分作用很少单独使用，它一如果闭环系统没有积分作用，由理论分析可知，般与比例和微分联合使用，组成PI或PID控制器。单纯的比例控制有稳态误差，稳态误差与比例系数成PI和PID控制器既克服了单纯的比例调节有稳态反比。增大比例系数使系统反应灵敏，调节速度加快

8、，误差的缺点，又避免了单纯的积分调节响应慢、动态性并且可以减小稳态误差。但是比例系数过大会使超调能不好的缺点，因此被广泛使用。量增大，振荡次数增加，调节时间加长，导致动态性能如果PID控制器有积分作用（例如采用PI或PID控变坏，比例系数过大甚至会使闭环系统不稳定。制），积分能消除阶跃输入的稳态误差，这时可以将比4积