PID各参数对PID运算方法输出的影响.doc

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1、PID各参数对PID运算输出的影响本文详细分析了被调量在阶跃扰动下，PID各参数对PID运算输出的影响。进而分析各参数影响的曲线形状。通过相关的曲线形状，了解PID参数整定的方法。仔细分清各个参数的作用，和扰动情况下的相应曲线，可以快速准确地判断一个自动调节系统中，到底应该设置什么样的参数。关键词：比例带δ，PID的输入偏差△e，积分作用，微分作用，被调量，静差。在一个调节质量比较差的自动调节系统中，我们要快速准确地判断是那个参数引起的，不大容易，往往要费很大的精力。书本上告诉我们许多方法，比如衰减曲线法，计算法等等。但是在实际应用中，

2、都不大实用。笔者经过大量的实践和思考，总结出了一套快速简便的方法，供各位专家指正。首先，我们要弄清楚每个参数的实际意义，并且一定要搞清楚各种参数在简单扰动情况下的响应特征，和曲线特征。然后再一步一步由简入难，才可以分析实际复杂情况下的参数设置。下面我们来分析各种参数的特性。首先，我们要了解的是在单一参数情况下，调节系统的被调量输出曲线是怎样受参数影响的。一、纯比例作用：纯比例作用下，调节器的输出:Tout=△e·（1/δ）△e：PID的输入偏差，即被调量减去定值的差。δ：比例带。可以看出，调节器的输出与输入偏差呈纯比例关系。定值一般不变

3、，单PID下，各曲线变化如图示。假设被调量偏高时，调门应关小，即PID为负作用。在定值有一阶跃扰动时，调节器输入偏差为－△e。此时Tout也应有一阶跃量△e·（1/δ），然后被调量不变。经过一个滞后期t2，被调量开始响应Tout。因为被调量增加，Tout也开始降低。一直到t4时刻，被调量开始回复时，Tout才开始升高。由此可见，比例作用下，各曲线有如下特点：1、比例作用与△e的变化量有关（1/δ倍），与静差无关。Tout的曲线与被调量曲线完全相似；2、顶点时刻一致；3、波动周期一致；二、积分作用：在多数调节器中，积分作用不能单独使用，它

4、必须和其它参数合用。为了分析方便，在此暂不考虑其它参数的影响，把积分作用孤立起来，分析一下积分作用下的曲线。积分作用下，输入偏差变化的响应曲线与比例作用有很大的不同。假设被调量偏高时调门应关小，在定值有一个阶跃扰动时，Tout不会作阶跃变化，而是以较高的速率开始升高。因Tout的响应较比例作用不明显，故被调量开始变化的时刻t2，较比例作用缓慢。在t1到t2的时间内，因为被调量不变，即△e不变，所以Tout以不变的速率上升，即Tout呈线性上升。调节器的输出缓慢改变，导致被调量逐渐受到影响而改变。在t2时刻，被调量开始变化时，△e逐渐减小

5、，Tout的速率开始降低。到t3时刻，△e=0时，Tout不变。然后△e开始为正时，Tout才开始降低。到t4时刻，被调量达到顶点开始回复，但是因△e仍旧为正，故Tout继续降低只是速率开始减缓。直到t5时刻，△e=0时，Tout才重新升高。由此可见，积分作用下，各曲线有如下特点：1、积分作用下，Tout的升降与△e的趋势无关，与△e的正负有关，Tout的上升和下降与△e的大小无关，Tout的速率与△e的大小有关。2、被调量有阶跃扰动时，Tout无阶跃扰动。3、被调量到达顶点时，Tout的趋势不变，速率减缓。4、Tout到达（正负）顶点

6、时，必是△e=0时。三、比例积分作用：比例积分作用是比例作用和积分作用的叠加。在简单系统中，仅仅靠比例作用即可使系统稳定，但是不可能实现无差调节。那么综合作用下如何判断设置的参数不当呢？比较简单的方法是，先判断积分作用。1、积分参数不当：一般情况下，初期系统整定的时候，为了把系统参数简单化，可以暂时弱化甚至取消积分作用。待系统稳定后再逐渐增强该作用。但是对一个已经设定参数的系统，如何判断参数的影响呢？积分作用过小很容易判断，那就是系统稳定的情况下，△e很难等于零。系统不稳定有可能是比例带不当或积分过强。如图3，定值有阶跃扰动时，比例作用

7、使Tout同时有一个阶跃扰动，同时积分作用使Tout开始继续增大。t2时刻后，被调量响应Tout开始增大。此时比例作用因△e减小而使Tout开始降低（如图中点划线Tout(δ)所示）；但是前文说了积分作用与△e的趋势无关，与△e的正负有关，积分作用因△e还在负向，故继续使Tout增大，只是速率有所减缓。比例作用和积分作用的叠加，决定了Tout的实际走向，如图Tout(δi)所示。只要比例作用不是无穷大，或是积分作用不为零，从t2时刻开始，总要有一段时间是积分作用强于比例作用，使得Tout继续升高。然后持平（t3时刻），然后降低。在被调量

8、升到顶峰的t5时刻，同理，比例作用使Tout也达到顶点（负向），而积分作用使得最终Tout的顶点向后延时（t6时刻）。那么积分作用的这个特性，对系统的稳定性带来的影响，到底有利还是有害？不可一概而论。一般来