PID参数对控制质量的影响.doc

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1、PID参数对控制质量的影响当控制方案确定以后，必须根据对象特性和对控制质量的要求，选择控制器的控制作用，从而确定出控制器的类型，最终使得控制系统的控制质量满足工艺要求。为此必须了解控制作用对控制质量的影响。简单说来，PID控制器各校正环节的作用如下:1.比例作用(P)比例控制作用是最基本的控制规律。它能较快的克服扰动影响，使系统稳定下来，但有余差.它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合。比例控制参数对系统性能的影响如下：●对动态性能的影响:比例控制参数Kc加大，使系统的动作灵敏，速度加

2、快；Kc偏大，振荡次数加多，调节时间加长；当Kc太大时，系统就会趋于不稳定；若Kc太小，又会使系统的动作缓慢。●对稳态性能的影响：加大比例控制系数Kc，在系统稳定的情况下，可以减小稳态误差Ess，提高控制精度；但是加大Kc只是减少Ess，却不能完全消除稳态误差。2.积分作用(I)积分控制通常与比例控制或微分控制联合作用，构成PI控制或PID控制。其中PI控制规律是应用最为广泛的一种控制规律。积分能消除余差，适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合，如某些流量、液位要求无余差的控制系统。积分控制规律对系统性能的影响

3、如下：●对动态性能的影响：积分控制参数Ti通常使系统的稳定性能下降。Ti太小系统将不稳定；Ti偏小，振荡次数较多；Ti太大，对系统性能的影响减少；Ti合适时，过渡特性比较理想。●对稳态性能的影响：积分控制参数能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度。3．微分作用(D)微分控制可以改善动态特性，如超调量减少，调节时间缩短，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度。但是，如果微分时间常数Td太大，这时即使偏差变化速度不是很大，但因微分作用太强而使控制器的输出发生很大变化，严重影响控制质量和安全生产。在纯比例作用基础之上加上微分作用

4、，构成PD控制，可以增加系统的稳定性。微分时间常数越大，微分作用越强。由于微分作用时是按偏差变化速度来工作的，因而对于克服对象得容量滞后有明显的作用。对于控制通道的时间常数或容量滞后较大的场合，为了提高系统的稳定性，减小动态偏差等可选用比例微分控制规律。当控制要求较高时，微分控制又可以与比例积分控制联合作用，构成PID控制。PID控制是一种最理想的控制规律，它在比例的基础上引入积分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳定性。应该强调的是：调节器PID控制规律是要根据过程特性和工艺要求来选取的，决不是说PID控制规律具有较好的控

5、制性能，可以不分场合的选用，如果这样，会给其他工作增加复杂性，并带来困难（如参数整定）。控制器参数的工程整定调节器参数的整定，是指调节器的比例系数Kc、积分时间常数Ti和微分时间常数Td的确定。整定的实质是通过改变调节器的参数，使其特性和过程特性相匹配，以改善系统的动态和静态指标，取得最佳的控制效果。PID调节器的设计，可以用理论方法，也可通过实验确定。用理论方法设计调节器的前提是要有被控对象的准确模型。这在工业过程中一般较难做到，即使花了很大代价进行系统的辨识，所得的模型也只是近似的；加上系统的结构和参数都在随时间变化，在近似模型基础

6、上设计的最优控制器在实际过程中就很难说是最优的。因此，在工程上PID调节器的参数常常通过工程整定方法来确定。工程整定方法有现场凑试法、过渡过程响应法、扩充临界比例度法、参数归一法和参数寻优法等。下面介绍几种常用的工程整定方法。1．现场凑试法凑试法也叫经验法，是通过模拟或闭环运行（如果允许的话）观察系统的响应曲线（例如阶跃响应），然后根据各调节参数对系统响应的大致影响反复凑试参数，以达到满意的响应，从而确定PID调节参数，具体整定步骤如下：⑴置调节器积分时间Ti＝∞，微分时间Td＝0，在比例度δ（δ＝1/Kc）按经验设置初值的条件下，将系

7、统投入运行，整定比力度。若曲线振荡频繁，则加大比例度；若曲线超调量大，且趋于非周期过程，则减小比例度，得到满意的过渡过程曲线。⑵引入积分作用（此时应将比例度加大1.2倍）。将Ti由大到小进行整定。若曲线波动较大，则应增大积分时间常数；若曲线偏离给定值时间，长时间回不来，则需减小Ti，以得到理想的过渡过程曲线。⑶若需引入微分作用时，则将Td按经验或按Td=(1/3～1/4)Ti设置，并由小到大加入。若曲线超调量大而衰减慢，则需增大Td；若曲线振荡厉害，则应减小Td。反复调试，直到得到理想的曲线。2.扩充临界比例度法：这是一种基于系统临界震

8、荡参数的闭环整定方法，实质是模拟调节器中采用的稳定边界法的推广。在闭环控制系统里，将调节器置于纯比例作用下，从小到大逐渐改变调节器的比例值，得到等幅振荡的过渡过程。此时的比例值称为临界比例值，相邻两个波峰间