PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定就是通過(guò)實(shí)驗(yàn)或計(jì)算的方法， 尋找調(diào)節(jié)器參數(shù)的最佳組合，從而達(dá)到改善系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)特性，以求得最佳調(diào)節(jié)質(zhì)量的過(guò)程。

PID調(diào)節(jié)器是目前自控系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)節(jié)器。它的輸入信號(hào)是與被調(diào)量對(duì)給定值的偏差成正比的信號(hào)，它的輸出信號(hào)是與輸入信號(hào)、輸入信號(hào)對(duì)時(shí)間的積分、輸入信號(hào)對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)成比例的直流電壓或電流量。輸出信號(hào)可以通過(guò)電-氣轉(zhuǎn)換器或相應(yīng)單元推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。如果PID調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和對(duì)象組成系統(tǒng)，則PID調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)將使被調(diào)參數(shù)最后調(diào)到等于給定值。


在自控過(guò)程中，由于外界干擾或改變給定值，將使實(shí)際測(cè)量值和給定值之間產(chǎn)生一個(gè)“偏差”，由于PID調(diào)節(jié)器的控制作用，可使偏差逐漸趨近于零，使測(cè)量值逐漸恢復(fù)到給定值。工藝上一般希望測(cè)量值恢復(fù)到給定值的時(shí)間越短越好；希望測(cè)量值沖過(guò)給定值的幅度也叫超調(diào)量，其越小越好；希望過(guò)渡過(guò)程中的測(cè)最值在給定值兩側(cè)的振蕩次數(shù)愈少愈好。這三個(gè)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，一般都是通過(guò)正確選用和調(diào)整PID參數(shù)，使其符合要求。PID參數(shù)如何整定呢？嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，操作人員應(yīng)該了解對(duì)象特性，即對(duì)象、閥門和測(cè)量變送器的靜、動(dòng)態(tài)特性，但這對(duì)于一般操作人員來(lái)講，困難就太大了。為此，目前工業(yè)上常用的參數(shù)整定方法是經(jīng)驗(yàn)試湊和理論估算相結(jié)合的方法，即根據(jù)對(duì)廣義對(duì)象特性的估計(jì)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整并觀查被調(diào)參數(shù)的変化情況，最后確定出合適的PID調(diào)節(jié)器參數(shù)。常用的整定方法有：臨界比例度法、衰減曲線法和經(jīng)驗(yàn)法等。

PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的必要性和常用整定方法
1、參數(shù)整定的必要性和整定要點(diǎn)
一個(gè)既定的調(diào)節(jié)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)預(yù)定的調(diào)節(jié)過(guò)程，必須通過(guò)選擇對(duì)應(yīng)的PID調(diào)節(jié)器參數(shù)，才能保證和提高調(diào)節(jié)質(zhì)量。另外，不同調(diào)節(jié)回路的對(duì)象特性和干擾形式與大小也各不相同，因此要達(dá)到應(yīng)有的控制質(zhì)量指標(biāo)，必須正確選擇P、I、D參數(shù)。例如,流量對(duì)象反應(yīng)非常靈敏，而溫度對(duì)象滯后比較大，所以流量系統(tǒng)選用的比例度都要大于溫度對(duì)象的比例度。參數(shù)整定的過(guò)程就是根據(jù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的對(duì)象特性，調(diào)整PID調(diào)節(jié)器中的可變參數(shù)，即比例度(P)、積分時(shí)間(I)和微分時(shí)間(D)，以便使被調(diào)參數(shù)受干擾后，能以一定的變化規(guī)律恢復(fù)到給定值。一般要求波動(dòng)曲線的衰減度調(diào)到4:1~10:1為合適。

在參數(shù)整定過(guò)程中，由于比例調(diào)節(jié)是最結(jié)本的調(diào)節(jié)，因此一般都是先調(diào)好比例度，然后通過(guò)調(diào)節(jié)積分時(shí)間消除偏差，調(diào)節(jié)微分時(shí)間使調(diào)節(jié)質(zhì)量進(jìn)一步提高。

2、用臨界比例度法整定PID調(diào)節(jié)器參數(shù)
臨界比例度也叫等幅振蕩比例度法。其特點(diǎn)是不需要求得調(diào)節(jié)對(duì)象特性，直接在閉合的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中進(jìn)行整定。用臨界比例度法調(diào)整PID參數(shù)，在多數(shù)系統(tǒng)中均可采用，但不宜用于臨界比例度過(guò)小(當(dāng)臨界比例度過(guò)小時(shí)，容易導(dǎo)致閥門全開(kāi)或全關(guān))，工藝參數(shù)不允許振蕩的場(chǎng)合。

文章《臨界比例度法整定PID參數(shù)》對(duì)臨界比例度PID參數(shù)整定方法做了詳細(xì)介紹，在本文中不再累述。

3、用衰減曲線法整定PID參數(shù)
衰減曲線法是在總結(jié)臨界比例度法和其他一些方法的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)踐提出來(lái)的。衰減曲線法整定PID參數(shù)特點(diǎn)：直接閉合系統(tǒng)在純比例度作用下，以4:1或10:1的衰減曲線作為整定目的，而直接求得PID調(diào)節(jié)器的比例度。衰減曲線法一般適用于對(duì)象時(shí)間常數(shù)較大，干擾較小，又不經(jīng)常有干擾的場(chǎng)合。

文章《衰減曲線法整定PID參數(shù)》對(duì)衰減曲線法PID參數(shù)整定方法做了詳細(xì)介紹，在本文中不再累述。

3、用經(jīng)驗(yàn)法整定PID參數(shù)
經(jīng)驗(yàn)法實(shí)際上也是一種湊試法。在科研及化工生產(chǎn)中，有時(shí)原料量太大或帶走熱量太多時(shí)，空載調(diào)PID參數(shù)就意義不大。另外，實(shí)際生產(chǎn)中有時(shí)不允許改變給定值來(lái)反復(fù)調(diào)整PID，只能在每次加料或開(kāi)車的實(shí)際生產(chǎn)中一次調(diào)整，這樣可根據(jù)控制參數(shù)的不同特點(diǎn)，先用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后再根據(jù)PID參數(shù)的過(guò)程控制品質(zhì)要求，逐步修正參數(shù)，直至獲得最佳控制品質(zhì)。經(jīng)驗(yàn)法整定PID簡(jiǎn)單可靠，對(duì)記錄曲線不規(guī)則，干擾頻繁，對(duì)象時(shí)間常數(shù)小，無(wú)法獲得對(duì)象特性的場(chǎng)合均可適用。

文章《黃文鑫詳解經(jīng)驗(yàn)法PID參數(shù)調(diào)節(jié)口訣》對(duì)經(jīng)驗(yàn)法PID參數(shù)整定方法做了詳細(xì)介紹，在本文中不再累述。

PID參數(shù)整定注意事項(xiàng)
1、整定PID參數(shù)時(shí)，一定要力求工況穩(wěn)定，尤其是衰減曲線法整定PID，否則工藝中的其他干擾進(jìn)入系統(tǒng)，就不能得到正確的4:1~10:1衰減比例度和衰減周期，就不能求得最佳PID參數(shù)。

2、一個(gè)運(yùn)行正常的自控系統(tǒng)，如果改變給定值(或系統(tǒng)受干擾)，在無(wú)紙記錄儀上觀察曲線上、下波動(dòng)2-3次就能穩(wěn)定下來(lái)，一般可認(rèn)為過(guò)渡過(guò)程在4:1~10:1的范圍內(nèi)。但是，對(duì)反應(yīng)較快的流量、管道壓力和小容量的液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，耍在無(wú)紙記錄儀上嚴(yán)格地認(rèn)定4:1~10:1的衰減曲線就比較困難。這時(shí)，可通過(guò)觀察執(zhí)行器動(dòng)作的變化來(lái)判斷。如果來(lái)回?cái)[動(dòng)2次就達(dá)到穩(wěn)定，就可以近似認(rèn)為是4:1衰減過(guò)程。

3、在整定參數(shù)無(wú)把握的情況下，一般都不宜把初始試驗(yàn)參數(shù)放得太靈敏，例如比例度不宜放得太小，以免系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。一般作法是在手動(dòng)控制時(shí)，閥門需要開(kāi)得較大者，P值(比例度)可選得小一些；閥門不需要開(kāi)得較大者，P值(比例度)可逃得大一些。

4、經(jīng)驗(yàn)法整定PID的關(guān)鍵是“調(diào)參數(shù)，看曲線”。因此，在調(diào)整過(guò)程中，必須弄清PID調(diào)節(jié)器參數(shù)變化對(duì)過(guò)渡過(guò)程曲線的影響關(guān)系。例如，看到曲線波動(dòng)很大時(shí)，就不能再減小P值(比例度)，也不應(yīng)該減小I值或加大D值，否則就會(huì)使系統(tǒng)出現(xiàn)劇烈振蕩。

5、在溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由于容量滯后太大，有時(shí)積分時(shí)間要用在15min以上。對(duì)于P值(比例度)，當(dāng)量程范圍小或調(diào)節(jié)閥尺寸選得較大時(shí)，P值(比例度)可選得大一些。

6、在前面介紹的PID整定方法中，都是先比例，后積分、微分。 但在實(shí)際應(yīng)用中，也可以先把積分時(shí)間、微分時(shí)間定下來(lái)，再去整定比例度。實(shí)踐證明，該方法有時(shí)比先定比例度效果還好。

7、正確分析記錄曲線
◆比例度P值變化的影響，比例度越大，說(shuō)明比例作用越弱，使過(guò)渡過(guò)程曲線變化緩慢；振蕩周期加長(zhǎng)；衰減比變大。因此在有干擾或改變給定值使曲線恢復(fù)緩慢時(shí)，可將比例度P值變小。
◆積分時(shí)間I的影響：積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間I的大小。I大時(shí)，積分作用弱，I小時(shí)，積分作用強(qiáng)。一般變化趨勢(shì)是I越小，積分作用越強(qiáng)，曲線振蕩加劇，周期縮短，余差越來(lái)越小。但如果I太小，由于積分作用太強(qiáng)，會(huì)造成曲線劇烈振蕩，反而使消除余差的時(shí)間變長(zhǎng)。
◆微分時(shí)間D的影響：微分作用的強(qiáng)弱主要看微分時(shí)問(wèn)的大小。D越大，微分作用越強(qiáng)，這和積分時(shí)間剛好相反。微分作用越強(qiáng)，調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，其結(jié)果使振蕩越來(lái)越劇烈，周期也越來(lái)越短。

8、PID參數(shù)整定并不是萬(wàn)能的，因?yàn)橄到y(tǒng)的控制質(zhì)量與對(duì)象特性、干擾形式和大小、控制方案等都有關(guān)系，所以當(dāng)控制方案選擇不當(dāng)時(shí)，PID參數(shù)怎樣調(diào)整，也不能達(dá)到預(yù)期的控制效果。
作者：王新山