上游充通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 数字PID控制算法参考资料 分86 O101001009 1001000m 强 /0100 710616 LAMAMAAMA SHANG 1日日
数字PID控制算法参考资料
上降充通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY PD调节器参数选择 PID整定的理论方法 一通过调整PID的三个参数K2T、TD,将系统的闭环 特征根分布在S域的左半平面的某一特定域内，以保 证系统具有足够的稳定裕度并满足给定的性能指标 一只有被控对象的数学模型足够精确时，才能把特征 根精确地配置在期望的位置上，而大多数实际系统一 般无法得到系统的精确模型，因此理论设计的极点配 置往往与实际系统不能精确匹配
PID调节器参数选择 PID整定的理论方法 — 通过调整PID的三个参数KP、 TI、 TD ，将系统的闭环 特征根分布在 s 域的左半平面的某一特定域内，以保 证系统具有足够的稳定裕度并满足给定的性能指标 — 只有被控对象的数学模型足够精确时，才能把特征 根精确地配置在期望的位置上，而大多数实际系统一 般无法得到系统的精确模型，因此理论设计的极点配 置往往与实际系统不能精确匹配
上游充通大学 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY PID调节器参数选择(2) 试凑法确定PID调节参数 ◆通过模拟或闭环运行观察系统的响应曲线，然后根据各 环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PD参数 ◆K增大，系统响应加快，静差减小，但系统振荡增强， 稳定性下降；T增大，系统超调减小，振荡减弱，但系统 静差的消除也随之减慢；T增大，调节时间减小，快速 性增强，系统振荡减弱，稳定性增强，但系统对扰动的 抑制能力减弱
PID调节器参数选择（2） 试凑法确定PID调节参数 ◆ 通过模拟或闭环运行观察系统的响应曲线，然后根据各 环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参数 ◆ Kp增大，系统响应加快，静差减小，但系统振荡增强， 稳定性下降；Ti增大，系统超调减小，振荡减弱，但系统 静差的消除也随之减慢；Td增大，调节时间减小，快速 性增强，系统振荡减弱，稳定性增强，但系统对扰动的 抑制能力减弱
上游充通大学 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY PID调节器参数选择(3) 在凑试时，可参考以上参数分析控制过程的影响趋势，对 参数进行先比例，后积分，再微分的整定步骤，步骤如 下： 一整定比例部分 一如果仅调节比例调节器参数，系统的静差还达不到设 计要求时，则需加入积分环节 一若使用比例积分器，能消除静差，但动态过程经反复 调整后仍达不到要求，这时可加入微分环节
PID调节器参数选择（3） ◆ 在凑试时，可参考以上参数分析控制过程的影响趋势，对 参数进行先比例，后积分，再微分的整定步骤，步骤如 下： — 整定比例部分 — 如果仅调节比例调节器参数，系统的静差还达不到设 计要求时，则需加入积分环节 — 若使用比例积分器，能消除静差，但动态过程经反复 调整后仍达不到要求，这时可加入微分环节
上降充通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY PID调节器参数选择(4) 常见被控量的PD参数经验选择范围 被调量 特点 Kp TK(min) To(min) 流量 时间常数小，并有噪声， 故K,较小，T较小，不用微分 12.5 0.11 温度 对象有较大滞后，常用微分 1.65 3-10 0.53 压力 对象的滞后不大，不用微分 1.43.5 0.43 液位 允许有静差时，不用积分和微分 1.25-5
PID调节器参数选择（4） ◆ 常见被控量的PID参数经验选择范围
上游充通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY PID调节器参数选择(5) 实验经验法确定PID调节参数 方法1：扩充临界比例法 一对模拟调节器中使用的临界比例度法的扩充和推广 一整定数字控制器参数的步骤： ①选择短的采样频率：一般选择被控对象纯滞后时间的十分之一 ②去掉积分与微分作用，逐渐较小比例度δ(=1k)，直到系统发 生持续等幅振荡。纪录发生振荡的临界比例度和周期δ及T
PID调节器参数选择（5） 实验经验法确定PID调节参数 ◆ 方法1: 扩充临界比例法 － 对模拟调节器中使用的临界比例度法的扩充和推广 － 整定数字控制器参数的步骤： ①选择短的采样频率：一般选择被控对象纯滞后时间的十分之一 ②去掉积分与微分作用，逐渐较小比例度δ (δ =1/kr），直到系统发 生持续等幅振荡。纪录发生振荡的临界比例度和周期δr及Tr
上降充通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY PID调节器参数选择(6) 选择控制度 一控制度的定义：以模拟调节器为基准，将数字 PID的控制效果与模拟调节器的控制效果相比较，采 用误差平方积分表云 控制度 一控制度的指标含意：控制度=1.05， 数字PID与模 拟控制效果相当；控制度=2.0，数字PD比模拟调节 器的效果差
PID调节器参数选择（6） ③ 选择控制度 — 控制度的定义：以模拟调节器为基准，将数字 PID的控制效果与模拟调节器的控制效果相比较，采 用误差平方积分表示： — 控制度的指标含意：控制度=1.05，数字PID与模 拟控制效果相当；控制度=2.0，数字PID比模拟调节 器的效果差 2 0 2 0 d d e t e t 数字 模拟 控制度＝
上游充通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY PID调节器参数选择(7) ④根据选定的控制度，查表求得T、K。、T、TD的值 控制度 控制规律 T KP T TD PI 0.03T 0.53K 0.88Tr 1.05 PID 0.014T, 0.63K 0.49tr 0.14Tm PI 0.05T 0.49K 0.91Tr 1.2 PID 0.043T 0.47K 0.47Tr 0.16Tr PI 0.14T, 0.42K 0.99tr 1.5 PID 0.09T, 0.34K 0.43Tr 0.20Tr PI 0.22T, 0.36K 1.05Tr 2.0 PID 0.16T, 0.27K, 0.4Tr 0.22Tr
PID调节器参数选择（7） ④ 根据选定的控制度，查表求得T、Kp、TI、TD的值 控制度 控制规律 T KP TI TD 1.05 PI 0.03Tr 0.53Kr 0.88Tr -- PID 0.014Tr 0.63Kr 0.49Tr 0.14Tr 1.2 PI 0.05Tr 0.49Kr 0.91Tr -- PID 0.043Tr 0.47Kr 0.47Tr 0.16Tr 1.5 PI 0.14Tr 0.42Kr 0.99Tr -- PID 0.09Tr 0.34Kr 0.43Tr 0.20Tr 2.0 PI 0.22Tr 0.36Kr 1.05Tr -- PID 0.16Tr 0.27Kr 0.4Tr 0.22Tr
上游充通大粤 PID调节器参数选择(8) SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY ◆方法2：阶跃曲线法 一对模拟调节器中使用的响应曲线法的扩充和推广 整定数字控制器参数的步骤： ①数字控制器不接入控制系统，系统开环，并处于手 动状态，再手动给对象输入阶跃信号 ②纪录系统对阶跃信号的响应曲线 ③根据曲线求得滞后时间T、被控对象的时间常数Tm ,它们的比值Tm/T,并控制度
PID调节器参数选择（8） ◆方法2:阶跃曲线法 －对模拟调节器中使用的响应曲线法的扩充和推广 －整定数字控制器参数的步骤： ①数字控制器不接入控制系统，系统开环，并处于手 动状态，再手动给对象输入阶跃信号 ②纪录系统对阶跃信号的响应曲线 ③根据曲线求得滞后时间τ 、被控对象的时间常数Tm ，它们的比值Tm / τ，并控制度
上游充通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY PID调节器参数选择(9) 速装守一（岛义中心面喷个中 0 Tt 一在响应曲线拐点处（斜率最大)处作一切线，求滞 后时间和被控对象的时间常数Tm
PID调节器参数选择（9） －在响应曲线拐点处（斜率最大）处作一切线，求滞 后时间τ和被控对象的时间常数Tm
