电机应用开发-PID控制器参数整定

PID控制器参数整定

比例调节：调节作用快，系统一出现偏差，调节器立即将偏差放大输出。

积分调节：输出变化和输入偏差的积分成正比。输出不仅取决于偏差大小，还取决于偏差存在的时间。只要有偏差存在，尽管偏差可能很小，但它存在的时间越长，输出信号就越大。只有消除偏差，输出才停止变化。

微分调节：输出与被调量的变化率成正比。微分调节越大，越能提前响应，但是也会将不必要的偏差放大。

PID控制器参数整定的方法主要分为两大类：理论计算整定方法和工程整定法（经验法）。

理论计算整定方法主要是建立数学模型，然后根据数学模型经过理论的计算来确定最终的控制器参数。这种方法在所有的情况下都是理想的，经过这种方法调出来的参数是不可以直接使用的。

过程整定法主要是依赖于工程中的经验，直接在实际的控制系统的实验中进行。方法简单容易掌握，被广泛使用。

以经验法展开。

试凑法

采样周期的选择：要根据所设计的系统的具体情况，用试凑的方法，在试凑过程中根据各种合理的建议来预选采样周期，多次试凑，选择性能较好的一个作为最后的采样周期。

找整定参数时必须要认真的观察系统的相应情况，根据系统的响应情况来调整参数。

先P，再I，后D。调试时，将PID参数置于影响最小的位置，即P最大、I最大、D最小。

按纯比例系统整定比例系数，使其得到比较理想的调节过程曲线，然后再把比例系数放大1.2倍左右。然后将积分时间从小到大改变，使其得到较好的调节过程曲线。

然后在这个积分时间下重新改变比例系数，再看调节过程曲线有无改善。如有改善，可将原整定的比例系数减小，再改变积分时间，多次循环测试，就能得到合适的比例系数和积分时间。

如果在外界干扰下系统稳定性不好，可把比例系数和积分时间适当增加一点，使系统足够稳定。

将整定好的比例系数和积分时间适当减小，加入微分作用，以得到超调量（曲线最高点和目标线的差值）最小、调节作用时间最短的调节过程。

临界比例法

适用于闭环控制系统。

临界比例法：将调节器置于纯比例的作用下，从大到小逐渐改变调节器的比例系数，并且得到等幅度的震荡过程，此时为临界比例系数。

将调节器的积分置于最大，微分置于0，比例系数适当。

然后将比例逐渐增大，增大到产生等幅现象，并记录等幅时的临界比例系数和两个波峰的时间间隔。

根据记下的比例系数和周期，采用经验公司，计算调节器的参数。

一般调节法

Kp是加快系统响应速度，提高系统的调节精度；Ki用于消除稳态误差；Kd改善系统的稳态性能。

PID调试一般原则（任何参数过大都会造成系统的振荡）：

在输出不振荡时，增大比例增益P。

在输出不振荡时，减小积分时间常数Ti。

在输出不振荡时，增大微分时间常数Td。

确定P、I、D参数的一般步骤：

        确定比例增益P：

                首先去掉PID的积分项和微分项，一般是令Ti=0、Td=0，使PID为纯比例调节。

                输入设定为系统允许的最大值的60%~70%，由0逐渐加大比例增益P，直到系统出现振荡。

                然后在从此时的比例增益P逐渐减小，直到系统振荡消失。

                记录此时的比例增益P，设定PID的比例增益P为当前值的60%~70%。比例增益P调试完成。

        确定积分时间常数Ti：

                比例增益P确定后，设定一个较大的积分时间常数Ti的初值，然后逐渐减小Ti，直至系统出现振荡。

                然后逐渐加大Ti，直到系统振荡消失。

                记录此时的Ti，设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%~180%。积分时间常数Ti调试完成。

                确定积分时间常数Td：

        积分时间常数Td：

                一般不用设定，为0即可。若要设定，与前面方法一致，取不振荡时的30%。

        系统空载、带载联调，再对PID参数进行微调，直至满足要求。