常用的PID参数整定方法有哪些

数字PID控制器控制参数的选择,可按连续-时间PID参数整定方法进行。
    在选择数字PID参数之前,首先应该确定控制器结构。对允许有静差(或稳态误差)的系统,可以适当选择P或PD控制器,使
稳态误差在允许的范围内。对须消除稳态误差的系统,应选择包含积分控制的PI或PID控制器。一般来说,PI、PID和P控制器
应用较多。对于有滞后的对象,往往都加入微分控制。
  选择参数
    控制器结构确定后,即可开始选择参数。参数的选择,要根据受控对象的具体特性和对控制系统的性能要求进行。工程上,一般
要求整个闭环系统是稳定的,对给定量的变化能迅速响应并平滑跟踪,超调量小;在不同干扰作用下,能保证被控量在给定值;当环
境参数发生变化时,整个系统能保持稳定,等等。这些要求,对控制系统自身性能来说,有些是矛盾的。我们须满足主要的方面的
要求,兼顾其他方面,适当地折衷处理。
    PID控制器的参数整定,可以不依赖于受控对象的数学模型。工程上,PID控制器的参数常常是通过实验来确定,通过试凑,或者
通过实验经验公式来确定。
    常用的方法,采样周期选择,
实验凑试法
    实验凑试法是通过闭环运行或模拟,观察系统的响应曲线,然后根据各参数对系统的影响,反复凑试参数,直至出现满意的响应,
从而确定PID控制参数。
 整定步骤
      实验凑试法的整定步骤为"先比例,再积分,后微分"。
 (1)整定比例控制
     将比例控制作用由小变到大,观察各次响应,直至得到反应快、超调小的响应曲线。
 (2)整定积分环节
     若在比例控制下稳态误差不能满足要求,需加入积分控制。
     先将步骤(1)中选择的比例系数减小为原来的50~80%,再将积分时间置一个较大值,观测响应曲线。然后减小积分时间,
加大积分作用,并相应调整比例系数,反复试凑至得到较满意的响应,确定比例和积分的参数。
 (3)整定微分环节
     若经过步骤(2),PI控制只能消除稳态误差,而动态过程不能令人满意,则应加入微分控制,构成PID控制。
     先置微分时间TD=0,逐渐加大TD,同时相应地改变比例系数和积分时间,反复试凑至获得满意的控制效果和PID控制参数。 
实验经验法
 
  扩充临界比例度法
  实验经验法调整PID参数的方法中较常用的是扩充临界比例度法,其优点是,参数的整定不依赖受控对象的数学模型,直接
在现场整定、简单易行。
     扩充比例度法适用于有自平衡特性的受控对象,是对连续-时间PID控制器参数整定的临界比例度法的扩充。
   整定步骤
  扩充比例度法整定数字PID控制器参数的步骤是:
 (1)预选择一个足够短的采样周期TS。一般说TS应小于受控对象纯延迟时间的十分之一。
 (2)用选定的TS使系统工作。这时去掉积分作用和微分作用,将控制选择为纯比例控制器,构成闭环运行。逐渐减小比例度,即
加大比例放大系数KP,直至系统对输入的阶跃信号的响应出现临界振荡(稳定边缘),将这时的比例放大系数记为Kr,临界振荡周
期记为Tr。
 (3)选择控制度。
     控制度,就是以连续-时间PID控制器为基准,将数字PID控制效果与之相比较。
 通常采用误差平方积分 作为控制效果的评价函数。
     定义控制度
     采样周期TS的长短会影响采样-数据控制系统的品质,同样是较佳整定,采样-数据控制系统的控制品质要低于连续-时间控
制系统。因而,控制度总是大于1的,而且控制度越大,相应的采样-数据控制系统的品质越差。控制度的选择要从所设计的系统的
控制品质要求出发。
 (4)查表确定参数。根据所选择的控制度,查表3一2,得出数字PID中相应的参数TS,KP,TI和TD。
 (5)运行与修正。将求得的各参数值加入PID控制器,闭环运行,观察控制效果,并作适当的调整以获得比较满意的效果。