PID参数整定口诀与经验法整定PID参数

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PID参数整定口诀：

参数整定找最佳，从小到大顺序查

先是比例后积分，最后再把微分加

曲线振荡很频繁，比例度盘要调大

曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小调

曲线偏离回复慢，积分时间往下降

曲线波动周期长，积分时间再加长

曲线振荡频率快，先把微分降下来

动差大来波动慢。微分时间应加长

理想曲线两个波，前高后低4比1

一看二调多分析，调节质量不会低。

 

控制系统在设计、整定和运行中，衡量系统质量的依据就是系统的过渡过程。

例如，当系统的输入为阶跃变化时，系统的过渡过程表现有:发散振荡、等幅振荡、衰减振荡、单调过程等形式。

在多数情况下，系统调试都可以分析控制器参数对控制系统衰减振荡过渡过程的影响关系，并把它作为调试控制系统性能的方法与手段。

经验法的实质就是看控制系统过渡过程曲线，调控制器参数。

　　口诀是仪表工实际工作的总结。由于历史的原因，工程上PID控制器参数的大多是气动调节仪表针型阀的开度旋钮或电动仪表的电位器。为便于观察阀门的开度，阀门或电位器的旋钮手柄上有个等分刻度盘。这就是口诀中说的:“比例度盘”。

一、“参数整定寻最佳，从大到小顺次查。”解释

   “参数整定寻最佳”中的最佳参数问题，很多仪表师傅都有这样的体会，在现场的调节器工程参数整定，如果只按4:1衰减比进行整定，那么可以有很多对的比例度和积分时间同样能满足4:1的衰减比，但是这些对的数值并不是任意的组合，而是成对的，一定的比例度必须与一定的积分时间组成一对，才能满足衰减比的条件，改变其中之一，另一个也要随之改变。因为是成对出现的，所以才有调节器参数的“匹配”问题。而在实际应用中只有增加一个附加条件，才能从多对数值中选出一对适合的值。这一对适合的值通常称为“最佳整定值”。

    “从大到小顺次查”中“查”的意思就是找到调节器参数的最佳匹配值。而“从大到小顺次查”是说在具体操作时，先把比例度、积分时间放至最大位置，把微分时间调至零。因为我们需要的是衰减振荡的过渡过程，并避免出现其它的振荡过程，在整定初期，把比例度放至最大位置，目的是减小调节器的放大倍数。而积分放至最大位置，目的是先把积分作用取消。把微分时间调至零也是把微分作用取消了。“从大到小……”就是从大到小改变比例度或积分时间刻度，实质是慢慢的增加比例作用或积分作用的放大倍数。也就是慢慢的增加比例或积分作用的影响，避免系统出现大的振荡。最后再根据系统实际情况决定是否使用微分作用。

二、“先是比例后积分，最后再把微分加。”解释

       这是经验法的整定步骤。比例作用是最基本的调节作用，口诀说的:“先是比例后积分”，目的是简化调节器的参数整定，即先把积分作用取消和弱化，待系统较稳定后再投运积分作用。尤其是新安装的控制系统，对系统特性不了解时，系统调试要做的就是先把积分作用取消，待调整好比例度，使控制系统大致稳定以后，再加入积分作用。对于比例控制系统，如果规定4:1的衰减过渡过程，则只有一个比例度能满足这一规定，而其它的任何比例度都不可能使过渡过程的衰减比为4:1。因此，对比例控制系统只要找到能满足4:1衰减比时的比例度就行了。

    在调好比例控制的基础上再加入积分作用，但积分会降低过渡过程的衰减比，则系统的稳定程度也会降低。为了保持系统的稳定程度，可增大调节器的比例度，即减小调节器的放大倍数。这就是dlr在整定中投入积分作用后，要把比例度增大约20％的原因。其实质就是个比例度和积分时间数值的匹配问题，在一定范围内比例度的减小，是可以用增加积分时间的方法来补偿的，但也要看到比例作用和积分作用是互为影响的，如果设置的比例度过大时，即便积分时间恰当，系统控制效果仍然会不佳。

       在有的场合，也可不强求以上步骤，而是常常采取按表1的经验整定法PID参数凑试范围一览表，先把积分、微分时间选择好，然后由大到小的改变比例度进行凑试，直至调节过程曲线满意为止。积分时间和微分时间预置后用比例度凑试，其体现的是经验，如果没有经验就成为盲目调试了。此方法的缺点是当同时使用比例、积分、微分三作用时，不易找到最合适的整定参数，则反复的凑试会费很多时间。

三、“曲线振荡很频繁，比例度盘要调大。”解释

    这句口诀说的是比例度过小时，会产生周期较短的激烈振荡，且振荡衰减很慢，严重时甚至会成为发散振荡，如图1所示。这时就要调大比例度，使曲线平缓下来。

图1  比例度过小造成发散振荡

四、“曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小调”解释

    这句口诀说的是比例度过大时会使过渡时间过长，使被调参数变化缓慢，即记录曲线偏离给定值幅值较大，时间较长，这时曲线波动较大且变化无规则，形状像绕大弯式的变化，如图2所示。这时就要减小比例度，使余差尽量小。

图2  比例度过大

五、“曲线偏离回复慢，积分时间往下降。曲线波动周期长，积分时间再加长。”解释

    这两句口诀说的是积分作用的整定方法。

    当积分时间太长时，会使曲线非周期地慢慢地回复到给定值，即“曲线偏离回复慢”，如图3所示。则应减少积分时间。

图3  积分时间太长过渡过程曲线

     当积分时间太短时，会使曲线振荡周期较长，且衰减很慢，即“曲线波动周期长”，如图4所示。则应加长积分时间。

图4   积分时间短的过渡过程曲线

六、“曲线振荡频率快，先把微分降下来。动差大来波动慢，微分时间应加长。”解释

    调节器的参数按比例积分作用整定好后，可在积分时间的0.2～0.5倍范围内来调整微分时间。即“最后再把微分加。”由于微分作用会增强系统的稳定性，故采用微分作用后，调节器的比例度可以再增大一些，一般以增大20％为宜。微分作用主要用于滞后和惯性较大的场合，由于微分作用具有超前调节的功能，当系统有较大滞后或较大惯性的情况下，才应启用微分作用。

    在增加了微分作用后，可以观察系统振荡现象精调微分时间。若是曲线振荡频率快，先把微分时间降下来。若是动差大来，而且波动慢，则应加长微分时间。

七、“理想曲线两个波，前高后低4比1。”解释

    在多数情况下，都认为如图1所示的过渡过程是最好，并把它作为衡量控制系统质量的依据。希望通过调整控制器参数得到这样的系统衰减振荡的过渡过程。

    为何图5所示的过渡过程是最好的？原因是:它第一次回复到给定值较快，以后虽然又偏离了，但偏离不大，并且只有极少数几次振荡就稳定下来了。定量的看，第一个波峰B的高度是第二个波峰B'高度的4倍，所以这种曲线又叫做4:1衰减曲线。在调节器工程整定时，以能得到4:1的衰减过渡过程为最好，这时的调节器参数可叫最佳参数。

图5  最佳过渡过程曲线