PID参数规范

水轮机调速器的PID调节规律

魏守平

华中科技大学水电与数字化工程学院博导、教授

(发表在：水力发电学报 2003。4)

摘要：本文根据水轮机调节系统的特点分析了PID调节规律在水轮机调速器中的具体应用及PID参数的选择，指出现代水轮机调速器中的主导调节规律还是PID调节。

关键词：水轮机电液调速器PID调节PID参数并联式结构串联式结构

引言

国内外水轮机数字式电液调速器均采用PID或以PID为基础的调节规律【1】。在PID 调节中，又有并联PID和串联PID（即频率微分＋缓冲式）两种基本结构。国内生产厂家均采用并联结构，近几年从国外进口的大型机组的调速器则大多采用串联结构。

近年来，国内外都在进行自适应控制、模糊控制等调节规律在水轮机调节中应用的仿真研究与应用探索，取得了一些初步理论结果，但尚无采用这些调节规律的数字式电液调速器在水电站试验成功的报道。

1.水轮机调速器的调节规律

1．1水轮机调节系统的特点

水轮机调节系统是一个闭环自动控制系统，除具有闭环系统固有的特征外，还具有以下特点：

1）存在水流惯性时间常数Tw，即有引水系统水锤效应，使系统成为一个非最小相位系统；

2）存在机组惯性时间常数Ta ，使调节系统有一个Ta＝（2～15）秒的惯性环节；

3）机组型式的多样性（混流式、轴流式、贯流式…）导致的特性差异，水轮机功率对于水头及导叶开度的非线性特性，机组空载、并入大网和孤立等运行工况的不同性能要求，使其成为一个复杂的非线性系统。

1．2 水轮发电机组不同运行工况对调速器的主要技术要求

GB/T 9652.1 1997 对于调速器性能和功能要求已作了明确详细的规定，水轮机调速器应满足其要求【3】。从水电站当前的运行实践看，机组不同运行工况对水轮机调速器的主

要要求可归纳如下：

1）调速器的调节规律应具有以永态转差系数bp为特征的满足转速死区i x要求的静态特性。

2）被控机组在空载运行工况下应能在运行水头范围内，调节机组的转速使其摆动值小于标准规定的要求，有利于机组快速地并入电网。

3）被控机组在并入大电网运行时，由于现代电力系统的总容量很大且负荷容量和性质变化复杂，即使是被控机组容量很大的调速器，不可能也不必要辨识出电力系统的负荷特性。这种情况下的主要要求是：调速器接收水电站自动发电控制系统(AGC)指令，快速而单调地使被控机组有功功率等于给定值；当被控机组承担调频任务时，按水电站自动发电控制系统(AGC) 调频指令，调节被控机组的有功功率，与其它调频机组一起维持电网频率在正常范围内；在机组断路器分闸时，调速器能够快速可靠地控制机组至空载运行工况。至于牵涉到电力系统振荡和稳定、电力系统潮流控制等问题，则应由电力系统调度系统(AGC)、水电站和变电站继电保护系统和水电站计算机监控系统(AGC)来进行控制。换言之，调速器控制的机组可近似看成是并入一个无穷大容量的电网，在大多数情况下，调速器主要是工作于机组功率（导叶开度）控制器的模式。

4）被控机组与并入的大电网解列、在孤立小电网运行，对于大多数机组而言是一种事故和暂时的工况。此时对调速器的主要要求是，根据电网频率偏差调节被控机组的有功功率，使电网频率保持在允许范围内；在负荷变化时，使电网频率的恢复过程能有良好的动态性能。值得指出的是：国际和国内的有关标准对于这种小网运行工况的技术性能，都没有具体的规定。这是由于这种工况的影响因素多而复杂，例如：被控机组功率占小网总容量的比例、负荷性质、最大负荷突变值占小电网总容量的比例等。

1．3 水轮机调速器的PID调节规律

1．3．1 并联PID调节结构和串联PID的结构

图 1 并联PID传递函数结构图

图2串联PID传递函数结构图

图1和图2给出了并联和串联PID的传递函数结构图。图中：Δf－频率偏差，

y

PID

－计算导叶开度，

K P K

I

K

D

－比例、积分、微分系数，

b p （e

p

）－永态差值系数（功率永态差值系数）,

bt Td Tn －暂态差值系数、缓冲时间常数、加速度时间常数， T 1v －微分衰减时间常数, T y －积分环节时间常数。

1．3．2 机组频差ΔF （S ）至计算导叶开度YPID （S ）的传递函数

当取b p ＝0和忽略T y \ T 1V 的作用时，并联和串联PID 结构有同样的传递函数【1】：

(1)

1.3.3 开度给定增量Δyc （s ）至导叶开度的YPID （S ）的传递函数

由图1 和图2 可以看出，并联PID 结构中引入了开环增量环节，当开度给定

y c

为恒定值时，此环节不起作用；当y c 以斜坡函数增减时，则有一相应的增量直接加在PID 输出点。因而对开度给定增量而言是一个比例、积分调节。不难证明，当取机组频差ΔF ＝0时，其传递函数为【1】：

式2表明，在开度给定yc 增减过程中，计算导叶开度值y PID 可以瞬间跟踪于y c 的变化。

对于图2所示的串联PID 结构，开度给定

y c 至计算导叶开度y PID 的传递函数为：

式（3）中取Ty ＝0得

= Y PID (S)

= 1 (2)

Y PID (S)

(3)

(4)式表明,当取bt ＝0.4、Td ＝10

秒、bp ＝0.05时,其分母的时间常数为90秒，考虑了式（4）式分子零点的作用，其单位跃阶响应

y PID 至95％稳定值的时间约为260秒，这种无开环增量的串联PID 结构使得在开度给定y c 变化时，计算开度y PID 有较大的时间滞后。这就是国内某大型电站采用的上述结构的进口调速器，在功率调节过程中出现过程缓慢、调节振荡甚至导致油源耗尽而紧急停机的原因之一。

2．PID 参数的整定

2．1 PID 的两种参数b t 、T d 、T n 和K P 、K I 、K D

b t 、T d 、T n 是频率微分＋缓冲式调节结构的参数，由式（1）易得：

当前的数字式电液调速器即使以bt 、Td 、Tn 形式给出参数，在计算机内仍然据（5）式计算出Kp 、K I 、K D 并采用图1的并联PID 结构。

与K P 、K I 、K D 参数组相比，bt 、Td 、Tn 参数组使用时间长，与调速器物理概念联系紧密，在参数整定时，不易出现配合不当的参数组合。K P 、K I 、K D 参数组是工业自动控制系统的通用形式，运行实践表明，一些水电站调速器整定的K P 、K I 、K D 参数组明显地搭配不当。

由于与Td 取值相比，Tn 的数值很小，故可用下式近似表示K P 、K I 、K D 与bt 、Td 、

Y PID (S)

(4)

btTd

=

K P =

K I =

K D (5)

Tn 的关系：

式（6）表明，比例系数Kp ＝1/bt 是P 、I 、D 、三项调节参数相同因子，在选择它们的数值时，一定要注意K P 、K I 、K D 的合理搭配，积分系数K I 与缓冲时间常数Td 成反比关系，微分系数K D 则正比于加速度时间常数Tn 。 2．2 PID 调节参数的理论分析与仿真

前已指出，水轮机调节系统是一个机组类型多，水轮机具有严重非线性特性、存在着水锤效应的非最小相位闭环系统。特别是对于其动态稳定性要求高的机组空载运行工况，许多型号转轮综合特性曲线正好缺乏这一小开度的部分。水轮机调节系统的理论分析和仿真研究，大都采用刚性水锤、理想水轮机特性的对象模型，特别是采用同一个模型对不同型式机组（混流式、轴流定浆、轴流转浆、贯流式……）不同型号转轮、不同引水系统，进行理论分析和仿真研究,由此得出的结论只能是定性的和起辅助决策支持的作用。国外有的调速器供货商也有将水轮机综合特性以数表形式输入仿真模型，因而与简化模型相比，有了较大的进展。但是，作者以为,对于大多数被控机组而言，对空载运行工况稳定性进行复杂的仿真是不必要的。只要根据分析和仿真的定性结论并结合水轮机调节系统的调试经验,给出调节参数的推荐初始组合，在现场试验中是很容易通过数次调整得到较好的PID 调节参数组合的。 2．3 空载工况b t 、T d 、T n 的推荐初始参数

下面给出的方法是一种既在一定程度上考虑了机组的特性，又不需要在现场进行复杂的计算的方法。因为给出的仅是初始参数的范围，还需要在机组空载运行工况进行试验并修正上述参数。

我们用以确定推荐初始参数范围的主要依据是引水系统水流时间常数Tw 和机组惯性时间常数Ta 。 GB/T9652.1－1997规定，对于PID 调节规律的调速器，反击式机组Tw 和Ta 有以下限制：

1

= K I =

K D (6)

=

Tw ≤4s ，Ta ≥4s ，

根据理论分析，仿真研究和工程实践，bt 、Td 、Tn 的推荐初始参数范围可以下式表示【1】：

式（7）中被控机组为混流式可取较小的bt

、Td 、Tn 初始值，为轴流式时可取bt 、Td 、Tn 范围内的中间值作为其初始值、为贯流式则要取较大的bt 、Td 、Tn

初始值；对于同一机组，水头高时要取较大的bt 、Td 、Tn 值。

在水电站采用正交法对水轮机调节系统进行PID 参数选择的试验结果表

明[1][4]，对于机组空载工况下的频率给定阶跃扰动过程：

Td 和Tn 对其超调量起着决定的作用，即当过程超调量大时，应选用较大的Td 和Tn 值；对于过程的稳定时间而言，

bt 取值的增大有加长稳定时间的趋势，

选取较大的Td 和Tn 值，由于过程超调量明显减少而使调节稳定时间有一定程度的缩短。当然，只有在了解bt 、Td 、Tn 参数值对动态性能指标影响的基础上，注意它们的合理搭配，才能得到较好的快速而近似单调的动态相应特性。

2. 4

空载工况K P 、K I 、K D 的推荐初始参数

考虑到式（5）和（7），K P 、K I 、K D 的推荐初始参数范围见下式：

≤ 0.04

3Tw ≤Td ≤6Tw

Tn=(0.4—0.6)Tw (7)

(8)

≤K D ≤ 0.4Tw K P 0.6 Tw K P

式（8）表明，应先确定比例系数K P 再据上式确定积分系数K I 和微分系数K D 。K P 、K I 和T w 呈近似反比的关系。 K D 与Tw 呈近似正比的关系。

例如，当Ta ＝10s ，Tw ＝1.5s 时，根据式（5）和式（7）计算可得：

一般来说，对混流式机组，应取较大的K P 、K I 、K D 初值，对于轴流式和贯流式机组则应取较小的K P 、K I 、K D 初值。

对于K P 、K I 、K D 来说，在其间搭配总体合适的前提下，选取较小的K I 和K D 值，可以显著地减少空载工况阶跃扰动响应特性的超调量。从而可能缩短动态过程的调节稳定时间。

2．5 其他工况的PID 参数

2．5．1 被控机组并入大电网，带指定负荷

调速器在有人工频率死区, 在功率模式或开度模式下工作，采用功率或开度给定的积分调节，功率或开度给定增量的比例积分PI 调节.对于有AGC 的水电站,调速器按其下达的功率给定值进行调节; 对于尚无AGC 的水电站,则按调度命令控制机组功率.对这种情况下的PID 参数和其他调节规律的分析、仿真研究意义不大。

2．5．2被控机组并入大电网,起调频作用

同2.5.1， 但人工频率死区等于零。主要的调频任务，由电网AGC 和水电站AGC 完成。调速器按其下达的功率给定值来调节机组功率，完成一个功率控制器的作用。

2．5．3被控机组在小（孤立）电网运行

调速器应工作于频率调节模式的PID 调节。PID 参数的整定则更为复杂了，必需在现场根据机组容量、突变负荷的容量、负荷性质等加以试验整定。

3．结语

3．1当前国内外水轮机调速器的主导调节规律是PID 调节规律。对于大多数水电站的水轮发电机组而言，这种调节规律是能够使水轮机调节系统具有良好的静态和动态品质的。

3．2新型调节规律应用于水轮机调节系统的研究与探索是有意义的，但应针对水轮

≤ bt ≤ 0.225

0.45 ，

≤K D ≤ 0.6K P 0.9K P

≤ Td ≤ 4.5s 9.0s ， ≤Tn ≤ 0.6s 0.9s

≤K P ≤ 2.2 4.47 ， ≤K I ≤ 0.11K P 0.22K P ，

发电机组运行中的技术要求和实际问题,并采取理论与实践相结合的研究方法,才能使其在实际的应用中得到检验和发展。

3．3水轮机调节系统的理论研究和仿真能对系统进行定性的分析，为改进系统提供辅助决策支持。PID调节参数的整定仍需要在具体电站、具体机组、根据具体条件进行试验确定，一般而言，在现场试验确定其参数组合也是较为方便和有效的。

3．4在PID调节结构中，具有给定值增量环节的并联PID结构是今后的发展方向。在进口调速器产品时，应尽可能不选用有串联PID结构、没有给定值增量环节的调速器产品。

参考文献：

1．魏守平著现代水轮机调节技术武汉华中科技大学出版社2002.1

2．李晃不同结构的并联PID水轮机调速器的性能比较大电机技术1988（4）

3．中华人民共和国国家标准水轮机调速器及油压装置技术条件GB/T9652.1-1997 4．魏守平正交试验方法与最优参数选择水电设备1984（3）

On PID Regulating Rule of Hydro Turbine Governor

Wei Shouping

(Huazhong University of Science and Technology)

Abstract: This paper analyses the application of PID regulating rule in hydro turbine governor filed and the selection of PID parameter according to the characteristics of hydro turbine control system, which show that the main governing rule used in hydro turbine governor is still PID control rule.

Keyword: Hydro Turbine Electric-Hydraulic Governor PID Regulating Rule PID Parameter Parallel-Mode Frame Series-Mode Frame

PID参数设置及调节方法

PID参数设置及调节方法 方法一: PID参数的设定：是靠经验及工艺的熟悉,参考测量值跟踪与设定值曲线,从而调整P\I\D的大小。 PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照：温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s 压力P: P=30~70%,T=24~180s, 液位L: P=20~80%,T=60~300s, 流量L: P=40~100%,T=6~60s。 我在手册上查到的，并已实际的测试过，方便且比较准确 应用于传统的PID 1。首先将I，D设置为0，即只用纯比例控制，最好是有曲线图，调整P值在控制范围内成临界振荡状态。 记录下临界振荡的同期Ts 2。将Kp值=纯比例时的P值 3。如果控制精度=1.05%，则设置Ti=0.49Ts ； Td=0.14Ts ；T=0.014 控制精度=1.2%，则设置Ti=0.47Ts ； Td=0.16Ts ；T=0.043 控制精度=1.5%，则设置Ti=0.43Ts ； Td=0.20Ts ；T=0.09 朋友，你试一下，应该不错，而且调试时间大大缩短 我认为问题是，再加长积分时间，再减小放大倍数。获得的是1000rpm以上的稳定，牺牲的是系统突加给定以后系统调节的快速性，根据兼顾原则，自己掌握调节指标吧。 方法二: 1．PID调试一般原则 a.在输出不振荡时，增大比例增益P。 b.在输出不振荡时，减小积分时间常数Ti。 c.在输出不振荡时，增大微分时间常数Td。 2．一般步骤 a.确定比例增益P 确定比例增益P 时，首先去掉PID的积分项和微分项，一般是令Ti=0、Td=0（具体见PID的参数设定说明），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，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例增益P逐渐减小，直至系统振荡消失，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。 b.确定积分时间常数Ti

PID参数设置参考说明

FB41称为连续控制的PID用于控制连续变化的模拟量，与FB42的差别在于后者是离散型的，用于控制开关量，其他二者的使用方法和许多参数都相同或相似。 PID的初始化可以通过在OB100中调用一次，将参数COM-RST置位，当然也可在别的地方初始化它，关键的是要控制COM-RST； PID的调用可以在OB35中完成，一般设置时间为200MS， 一定要结合帮助文档中的PID框图研究以下的参数，可以起到事半功倍的效果 以下将重要参数用黑体标明.如果你比较懒一点，只需重点关注黑体字的参数就可以了。其他的可以使用默认参数。 A：所有的输入参数： COM_RST:BOOL: 重新启动PID：当该位TURE时：PID执行重启动功能，复位PID内部参数到默认值；通常在系统重启动时执行一个扫描周期，或在PID进入饱和状态需要退出时用这个位； MAN_ON：BOOL：手动值ON；当该位为TURE时，PID功能块直接将MAN的值输出到LMN，这可以在PID框图中看到；也就是说，这个位是PID的手动/自动切换位；（默认为1） PEPER_ON：BOOL：过程变量外围值ON：过程变量即反馈量，此PID可直接使用过程变量PIW（不推荐），也可使用PIW规格化后的值（常用），因此，这个位为FALSE； P_SEL：BOOL：比例选择位：该位ON时，选择P（比例）控制有效；一般选择有效； I_SEL：BOOL：积分选择位；该位ON时，选择I（积分）控制有效；一般选择有效； INT_HOLD BOOL：积分保持，不去设置它； I_ITL_ON BOOL：积分初值有效，I-ITLVAL（积分初值）变量和这个位对应，当此位ON 时，则使用I-ITLVAL变量积分初值。一般当发现PID功能的积分值增长比较慢或系统反应不够时可以考虑使用积分初值； D_SEL ：BOOL：微分选择位，该位ON时，选择D（微分）控制有效；一般的控制系统不用； CYCLE ：TIME：PID采样周期，一般设为200MS； SP_INT：REAL：PID的给定值； PV_IN ：REAL：PID的反馈值（也称过程变量）； PV_PER：WORD：未经规格化的反馈值，由PEPER-ON选择有效；（不推荐） MAN ：REAL：手动值，由MAN-ON选择有效； GAIN ：REAL：比例增益； TI ：TIME：积分时间； TD ：TIME：微分时间； TM_LAG：TIME：我也不知道，没用过它，和微分有关； DEADB_W：REAL：死区宽度；如果输出在平衡点附近微小幅度振荡，可以考虑用死区来降低灵敏度； LMN_HLM：REAL：PID上极限，一般是100%； LMN_LLM：REAL：PID下极限；一般为0%，如果需要双极性调节，则需设置为-100%；（正负10V输出就是典型的双极性输出，此时需要设置-100%）； PV_FAC：REAL：过程变量比例因子 PV_OFF：REAL：过程变量偏置值（OFFSET） LMN_FAC：REAL：PID输出值比例因子； LMN_OFF：REAL：PID输出值偏置值（OFFSET）； I_ITLVAL：REAL：PID的积分初值；有I-ITL-ON选择有效；

PID控制调节参数设定方法

PID控制调节参数设定方法 以温度PID调节为例： 输入 a) 热电偶(TC): K, J, E, T, R, S, B, U, L, N, PL2, W5Re / w26Re b) 热电阻(RTD): Pt100 JPT100 c) 直流输入：DC0 ~ 5V, DC1 ~ 5V, DC0 ~ 20mA*, DC4 ~ 20mA* * 需在输入端子间接250W的电阻 输入显示精度：(设定值SV的0.3%+1位) 输入范围：参照输入范围表 采样周期：0.5sec 过程值偏置 -1999 ~ 9999 ℃[o F]或-199.9 ~ 999.9℃[o F](温度输入) ±全量程(电压/ 电流输入)全量 设定范围 a) 设定值(SV)：等同温度范围值 b) 加热侧比例带(P)：1-量程或0.1-量程(温度输入)*1 量程的0.1 ~ 100.0%(电压输入) c) 制冷侧比例带(Pc)：加热侧比例带的1 ~ 1000% d) 积分时间(I)：1 ~ 3600sec*2 e) 微分时间(D)：1 ~ 3600sec*3

f) 限制积分动作生效范围(ARW)：比例带的1 ~ 100%*4 g) 加热侧比例周期1 ~ 100sec*5 h) 制冷侧比例周期1 ~ 100sec*6 i) 不感带：-10 ~ 10或-10.0 ~ +10.0℃[o F](温度输入) 量程的-10.0 ~ +10.0%(电压/电流输入)*7 *1. 如果比例带设定为0 ℃[o F]，即成ON-OFF动作 *2. 如果积分时间设定为0sec，即成PD动作 *3. 如果微分时间设定为0sec，即成PI动作 *4. 如果限制积分动作生效范围设为0%，D动作则成OFF *5. 电流输出时不需设定周期 *6. 电流输出时不需设定周期 *7. 如果不感带设定为负，则成重叠 控制动作 PID控制(ON-OFF, P, PI, PD控制) a) 自动演算功能(A T) 1自调方式：限制周期法 2AT周期：1.5 b) 自主校正设定改变时，自主校正即建立 *加热/制冷PID控制动作除外

APM 之PID参数调整详解解析

先来了解一下P项、I项和D项的基本内容。这里只用通俗语言简单解释，给出一些简单实用的调整方法。有需要深入研究的用户，请自行查阅相关资料。 P项相当于一个变化率，数值越大，变化越快。假设“俯仰到升降通道”的P值为60时，机头从上抬20o到变回水平位置，需要5秒钟时间，那么P值为30时，这个时间就大于5秒（比如10秒），P值为120时，这个时间就小于5秒（比如2.5秒）。 D项相当于一个“阻尼器”，数值越大，阻尼越大，控制越“硬”。如果飞机在水平直飞时，在横滚方向上老是振荡，那么可以调小“副翼通道”的Ｄ值，如果飞机在横滚方向上的增稳效果不好（即偏离水平位置后很难再回复到原来状态），那么可以调大该D值。 I项相当于一个“加分器”，使控制量更贴近目标量，但也有可能“加过头”了。例如:如果要使飞机从100米爬升到200米，而飞机只爬到199米就不再爬升，那么，此时需要增大I值；但如果飞机爬到201米才停下来，那么，此时应该减小I值。 下面简单描述一下在试飞调试阶段进行PID参数调整的步骤。 第一步：规划并上传一个矩形航线。高度不要太高，比如50米，这样便于肉眼观察高度变化。第一个航点和最后一个航点距离稍微近点，相邻航点间距离为300米~400米为宜。让飞机在视野范围内压线飞行。 第二步：切入自动模式，让飞机沿着这个航线飞行。 第三步：看增稳控制效果。 先使用默认参数。副翼通道上：P=95,I=5,D=8。俯仰到升降通道：P=95，I=3，D=8。注意到各项目上类似于“P/128”的字样，其中“P”指P项，“128”是可以输入的最大值。此外，每个项目上能填入的最小数值为零。 横滚和俯仰上的调整方法类似，此处只讲横滚。 如果飞机在横滚方向上左右振荡，那么同时调小P值和D值，I值一般固定不动。 如果飞机在横滚方向上的增稳效果不好，那么同时调大P值和Ｄ值，Ｉ值一般固定不动。 第四步：试着改变目标高度，看定高效果。 如果飞机爬升或俯冲速度太慢，就增大“高度到俯仰角”的P值，反之减小P值。如果在爬升或俯冲过程中，机头振荡得厉害，就减小“高度到俯仰角”的D值。最后，如果飞机无法爬升到预设高度，就增大“高度到俯仰角”的I值，相反减小Ｉ值。 ★在这里，调大P值，一般是把初始俯仰角调大，调小P值，一般是把初始俯仰角调小。参考前文关于位置控制的解释，就能理解这里的意思。如果不能理解，就不要深究。 第五步：看飞机在到达航点时的转弯效果。 如果转弯速度太慢，就增到“方向舵通道”的P值，反之减小P值。如果转弯时机头来回振荡，就减小D值，如果转弯时机头上没有阻尼的感觉，就增大Ｄ值。 ★在这里，调大P值，一般是把初始倾斜角调大，调小P值，一般是把初始倾斜角调小。参考前文关于位置控制的解释，就能理解这里的意思。如果不能理解，就不要深究。 第六步：看飞机的压线效果。 如果飞机切入航线时的速度太慢，就增大“偏侧距”的P值，反之减小Ｐ值。如果飞机在航线上左右扭动，就减小“偏侧距”的D值，而如果没有阻尼的感觉，就增大Ｄ值。 ★在这里，调大P值，一般是把初始夹角调大，调小P值，一般是把初始夹角调小。参考前文关于位置控制的解释，就能理解这里的意思。如果不能理解，就不要深究。

PID参数调节

南京航空航天大学 学生姓名：__芮俊俊_ ___ 班级学号：__SZ1605061______ 学科名称：_航空发动机控制与测试 所在学院：___机电学院______ 2017年3月27日

一、题目及要求： 列举适用于航空发动机控制律参数设计方法（至少列举一种），以 )7949.0)(31.16() 4435.0(0047.0)(+++=s s s s G 为被控对象，设计一组PID 控制参数，使上升时间不大于1s ，超调量不大于2%，幅值裕量不小于9dB ，相位裕量不小于60?，要求提供可以反馈稳定裕量的BODE 图（截图）及闭环仿真的SIMULINK 模型（截图），以及阶跃响应仿真曲线（表明上身时间及超调量）。 二、解题步骤及内容 1、航空发动机控制率参数设计方法 1）、全包线鲁棒变增益LPV 控制率设计 2）、双余度控制率设计方法 3）非线性反演控制率设计方法 2、建模并设计一组PID 参数，达到题目所述的响应要求 1）Simulink 建模 打开Simulink,将各模块添加到model 文件中，连接各模块组成闭环控制系统如下图（1）。 图（1） Simulink 模型

图中PID模块为Simulink自带的模块，本人使用的是matlab2011a版本，其中自带的PID模块默认为连续型的，无需更改类型。 2）设计PID参数。 模型建立后，双击PID模块，进入如下图（2）页面， 图（2）PID控制器参数调节界面 更改P、I、D三个参数的值即可调节PID，按照所给的控制要求，不断调整PID 参数。在调整的过程中，每个参数的变化对响应的影响如下表（1） 一边调整，一边观察各项指标是否满足控制要求，各项指标如下表（2）：

PID参数整定 经验(DOC)

PID参数的工程整定方法培训教材 2005年12月20日

目录 第一节基本控制规律及其作用效果 (1) 第二节实用的控制规律 (2) 第三节PID参数的工程整定方法 (3) 第四节复杂调节系统的参数整定 (8) 附录一各厂家DCS系统PID相关数据统计 (8) 附录二相关的名词解释 (9)

第一节基本控制规律及其作用效果 在工业生产过程控制中，常用的基本调节规律大致可分为： 1 位式调节 也就是常说的开/关式调节，它的动作规律是当被控变量偏离给定值时，调节器的输出不是最大就是最小，从而使执行器全开或全关。在实际应用中，常用于机组油箱恒温控制、水塔以及一些储罐的液位控制等。在实施时， 只要选用带上、下限接点的检测仪表、位式调节器或PLC、再配一些继电器、电磁阀、执行器、磁力起动器等即可构成位式控制系统。因此，位式控制的过渡过程必然是一个持续振荡的过程。如图0所示。 图0 位式控制的过渡过程 2 比例调节 它依据“偏差的大小”来动作。它的输出与输入偏差的大小成比例，调节及时，有力，但是有余差。用比例度δ来表示其作用的强弱，用%表示。例如比例度60%，即表示当偏差为量程的60%时，输出变化值为量程的100%。δ越小，调节作用越强，调节作用太强时，会引起振荡。比例调节作用适用于负荷变化小，对象纯滞后不大，时间常数

较大而又允许有余差的控制系统中，常用于塔和储罐的液位控制以及一些要求不高的压力控制中。使用时应注意，当负荷变化幅度较大时，为了平衡负荷变化所需的调节阀开度变化也将较大，待稳定后，被控变量的余差就可能较大。比例控制规律的动态方程为： 其中：y（t）——输出变化量。 e（t）——输入变化量。 Kp ——比例增益。 δ——比例度，它是Kp的倒数。 3 积分调节 它依据“偏差是否存在”来动作。它的输出与偏差对时间的积分成比例，只有当余差完全消失，积分作用才停止。其实质就是消除余差。但积分作用使最大动偏差增大，延长了调节时间。用积分时间Ti 表示其作用的强弱，单位用分（或秒）表示。Ti越小，积分作用越强，积分作用太强时，也会引起振荡。积分控制规律的动态方程为： 其中：TI ——积分时间。 4 微分调节 它依据“偏差变化速度”来动作。它的输出与输入偏差变化的速度成比例，其实质和效果是阻止被调参数的一切变化，有超前调节的作用。对滞后较大的对象有很好的效果。使调节过程动偏差减少，余差也减少（但不能消除）。用微分时间Td表示作用的强弱，单位用分

PID参数整定方法就是确定调节器的比例带PB

PID参数整定方法就是确定调节器的比例带PB、积分时间Ti和和微分时间Td。一般可以通过理论计算来确定，但误差太大。目前，应用最多的还是工程整定法：如经验法、衰减曲线法、临界比例带法和反应曲线法。各种方法的大体过程如下： （1）经验法又叫现场凑试法，即先确定一个调节器的参数值PB和Ti，通过改变给定值对控制系统施加一个扰动，现场观察判断控制曲线形状。若曲线不够理想，可改变PB或Ti，再画控制过程曲线，经反复凑试直到控制系统符合动态过程品质要求为止，这时的PB和Ti就是最佳值。如果调节器是PID三作用式，那么要在整定好的PB和Ti的基础上加进微分作用。由于微分作用有抵制偏差变化的能力，所以确定一个Td值后，可把整定好的PB和Ti值减小一点再进行现场凑试，直到PB、Ti和Td取得最佳值为止。显然用经验法整定的参数是准确的。但花时间较多。为缩短整定时间，应注意以下几点：①根据控制对象特性确定好初始的参数值PB、Ti和Td。可参照在实际运行中的同类控制系统的参数值，或参照表3-4-1所给的参数值，使确定的初始参数尽量接近整定的理想值。这样可大大减少现场凑试的次数。②在凑试过程中，若发现被控量变化缓慢，不能尽快达到稳定值，这是由于PB过大或Ti过长引起的，但两者是有区别的：PB过大，曲线漂浮较大，变化不规则，Ti过长，曲线带有振荡分量，接近给定值很缓慢。这样可根据曲线形状来改变PB或Ti。③PB过小，Ti过短，Td太长都会导致振荡衰减得慢，甚至不衰减，其区别是PB过小，振荡周期较短；Ti 过短，振荡周期较长；Td太长，振荡周期最短。④如果在整定过程中出现等幅振荡，并且通过改变调节器参数而不能消除这一现象时，可能是阀门定位器调校不准，调节阀传动部分有间隙（或调节阀尺寸过大）或控制对象受到等幅波动的干扰等，都会使被控量出现等幅振荡。这时就不能只注意调节器参数的整定，而是要检查与调校其它仪表和环节。 （2）衰减曲线法是以4：1衰减作为整定要求的，先切除调节器的积分和微分作用，用凑试法整定纯比例控制作用的比例带PB（比同时凑试二个或三个参数要简单得多），使之符合4：1衰减比例的要求，记下此时的比例带PBs和振荡周期Ts。如果加进积分和微分作用，可按表3-4-2给出经验公式进行计算。若按这种方式整定的参数作适当的调整。对有些控制对象，控制过程进行较快，难以从记录曲线上找出衰减比。这时，只要被控量波动2次就能达到稳定状态，可近似认为是4：1的衰减过程，其波动一次时间为Ts。 （3）临界比例带法，用临界比例带法整定调节器参数时，先要切除积分和微分作用，让控制系统以较大的比例带，在纯比例控制作用下运行，然后逐渐减小PB，每减小一次都要认真观察过程曲线，直到达到等幅振荡时，记下此时的比例带PBk(称为临界比例带)和波动周期Tk，然后按表3-4-3给出的经验公式求出调节器的参数值。按该表算出参数值后，要把比例带放在比计算值稍大一点的值上，把Ti和Td放在计算值上，进行现场观察，如果比例带可以减小，再将PB 放在计算值上。这种方法简单，应用比较广泛。但对PBk很小的控制系统不适用。 （4）反应曲线法，前三种整定调节器参数的方法，都是在预先不知道控制对象特性的情况下进行的。如果知道控制对象的特性参数，即时间常数T、时间

PID-采样周期及参数整定方法

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。对必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。 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。我们必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。 采样周期的选择 采样周期： 采样一数据控制系统中，设采样周期为T S，采样速率为1/T S，采样角频率为 采样周期T S是设计者要精心选择的重要参数，系统的性能与采样周期的选择有密切关系。需要考虑的因素： 采样周期的选择受多方面因素的影响,主要考虑的因素分析如下。 （1）香农（Shannon）采样定理 （Wmax--被采样信号的上限角频率） 给出了采样周期的上限。满足这一定理，采样信号方可恢复或近似地恢复为原模拟信号，而不丢失主要信息。在这个限制范围内，采样周期越小，采样-数据控制系统的性能越接近于连续-时间控制系统。 （2）闭环系统对给定信号的跟踪，要求采样周期要小。 （3）从抑制扰动的要求来说，采样周期应该选择得小些。

PID参数设置

1、P ：控制回路中的比例项 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系，当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。P是解决幅值震荡，P大了会出现幅值震荡的幅度大，但震荡频率小，系统达到稳定时间长。 2、I ：控制回路中的积分项 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。 3、D ：控制回路中的微分项 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。 4、PID调节常用口诀 参数整定找最佳，从小到大顺序查，先是比例后积分，最后再把微分加，曲线振荡很频繁，比例度盘要放大，曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳，曲线偏离回复慢，积分时间往下降，曲线波动周期长，积分时间再加长，曲线振荡频率快，先把微分降下来，动差大来波动慢，微分时间应加长，理想曲线两个波，前高后低4比1，一看二调多分析，调节质量不会低。

控制回路PID参数整定方法精

Honeywell DCS 控制回路PID参数整定方法 鉴于目前一联合装置仪表回路自控率比较低，大部分的回路都是手动操作，这样不但增加了操作员的工作量，而且对产品质量也有一定的影响，特编制了此PID参数整定方法。 一、修改PID参数必须有“SUPPERVISOR”及以上权限权限，用键盘钥匙可以切换权限，钥匙已送交一联合主任陈胜手中； 二、打开要修改的控制回路细目画面，翻到下图所示的页面，修改PID控制回路整定的三个参数K，T1，T2； 三、PID参数代表的含义 K：比例增益（放大倍数），范围为0.0～240.0； T1：积分时间，范围为0.0～1440.0，单位为分钟，0.0代表没有积分作用； T2：微分时间，范围为0.0～1440.0，单位为分钟，0.0代表没有微分作用。 四、PID参数的作用 （1）比例调节的特点：1、调节作用快，系统一出现偏差，调节器立即将偏差放大K倍输出； 2、系统存在余差。 K越小，过渡过程越平稳，但余差越大；K增大，余差将减小，但是不能完

全消除余差，只能起到粗调作用，但是K过大，过渡过程易振荡，K太大时，就可能出现发散振荡。 （2）积分调节的特点：积分调节作用的输出变化与输入偏差的积分成正比，积分作用能消除余差，但降低了系统的稳定性，T1由大变小时，积分作用由弱到强，消除余差的能力由弱到强，只有消除偏差，输出才停止变化。 （3）微分调节的特点：微分调节的输出是与被调量的变化率成正比，在引入微分作用后能全面提高控制质量，但是微分作用太强，会引起控制阀时而全开时而全关，因此不能把T2取的太大，当T2由小到大变化时，微分作用由弱到强，对容量滞后有明显的作用，但是对纯滞后没有效果。 五、如果要知道控制回路的作用方式，可以进入控制回路的细目画面，进入下图所示页面： 其中“CTLACTN”代表控制器作用方式，“REVERSE”表示反作用，“DIRECT”代表正作用。 六、控制器的选择方法 （1）P控制器的选择：它适用于控制通道滞后较小，负荷变化不大，允许被控量在一定范围内变化的系统； （2）PI控制器的选择：它适用于滞后较小，负荷变化不大，被控量不允许有余差的控制系统；

PID调节器的作用及其参数对系统调节质量的影响

实验: PID调节器的作用及其参数对系统调节质量的影响 一.实验目的: 1.了解和观测PID基本控制规律的作用，对系统动态特性和稳态特性及稳 定性的影响。 2.验证调节器各参数(Kc，Ti，Td), 在调节系统中的功能和对调节质量的 影响。 二. 实验内容: 1.分别对系统采取比例(P)、比例微分(PD)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID) 控制规律，通过观察系统的响应曲线，分析系统各性能的变化情况。 1.观测定值调节系统（扰动作用时）在各调节规律下的响应曲线。 2.观测调节器参数变化对定值调节系统瞬态响应性能指标的影响。 三. 实验原理: 参考输入量（给定值）作用时，系统连接如图（1）所示: 图（1） 图（2） 四. 实验步骤: 利用MATLAB中的Simulink仿真软件。 l. 参考实验一，建立如图（2）所示的实验原理图；

2. 将鼠标移到原理图中的PID模块进行双击，出现参数设定对话框，将PID 控制器的积分增益和微分增益改为0，使其具有比例调节功能，对系统进行纯比例控制。 3. 单击工具栏中的 图标，开始仿真，观测系统的响应曲线，分析系统性 能；调整比例增益，观察响应曲线的变化，分析系统性能的变化。 4. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例微分控制，观测系统的响应曲线， 分析比例微分控制的作用。 5. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例积分控制，观测系统的响应曲线， 分析比例积分控制的作用。 6. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例积分微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分微分控制的作用。 (1) P=1,I=0,D=0 (2) P=0.618,I=0,D=0 (3) P=0.618,I=0.1,D=0 (4) P=0.618,I=1,D=0

如何进行PID参数整定

如何进行PID参数整定 如何进行PID参数整定在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为产业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全把握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的丈量手段来获得系统参数时，最适适用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输进误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输进误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，假如在进进稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统

（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引进“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到即是零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进进稳态后无稳态误差。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输进误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引进“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能猜测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用即是零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 在PID参数进行整定时假如能够有理论的方法确定PID 参数当然是最理想的方法，但是在实际的应用中，更多的是

PID参数如何设定调节讲解

PID参数如何设定调节 PID（比例积分微分）英文全称为Proportion Integration Differentiation，它是一个数学物理术语。 PID控制简介 目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。控制器的输出经过输出接口﹑执行机构﹐加到被控系统上﹔控制系统的被控量﹐经过传感器﹐变送器﹐通过输入接口送到控制器。不同的控制系统﹐其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligentregulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC 系统等等。可编程控制器(PLC)是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID控制功能的控制器，如Rockwell的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet 相连，利用网络来实现其远程控制功能。 1、开环控制系统 开环控制系统(open-loopcontrolsystem)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。 2、闭环控制系统

PID参数的工程整定方法

PID参数的工程整定方法 班级: 姓名:侯泉宇 学号:52 PI D 调节器从问世至今已历经了半个多世纪, 在这几十年中, 人们为它的发展和推广作出了巨大的努力, 使之成为工业过程控制中主要的和可靠的技术工具。即使在微处理技术迅速发展的今天, 过程控制中大部分控制规律都未能离开 PI D, 这充分说明 P I D 控制仍具有很强的生命力。PI D 控制中一个至关重要的问题, 就是控制器三参数( 比例系数、积分时间、微分时间) 的整定。整定的好坏不但会影响到控制质量, 而且还会影响到控制器的鲁棒性。此外, 现代工业控制系统中存在着名目繁多的不确定性, 这些不确定性能造成模型参数变化甚至模型结构突变, 使得原整定参数无法保证系统继续良好的工作, 这时就要求 PI D 控制器具有在线修正参数的功能, 这是自从使用 PI D 控制以来人们始终关注的重要问题之一。本文在介绍 PI D 参数自整定概念的基础上, 对 P I D 参数自整定方法的发展作一综述。 PID 参数自整定概念PI D 参数自整定概念中应包括参数自动整定(auto tuning) 和参数在线自校正( self tuning onli ne) 。具有自动整定功能的控制器, 能通过一按键就由控制器自身来完成控制参数的整定, 不需要人工干预,它既可用于简单系统投运, 也可用于复杂系统预整定。运用自动整定的方法与人工整定法相比, 无论是在时间节省方面还是在整定精度上都得以大幅度提高, 这同时也就增进了经济效益。目前, 自动整定技术在国外已被许多控制产品所采用, 如 Lee d s &N or th r o p 的 El ec t r o ma x V、 Sa tt Con tr ol r 的 ECA40 等等, 对其研究的文章则更多。 自校正控制则为解决控制器参数的在线实时校正提供了很有吸引力的技术方案。自校正的基本观点是力争在系统全部运行期间保持优良的控制性能, 使控制器能够根据运行环境的变化, 适时地改变其自身的参数整定值, 以求达到预期的正常闭环运行, 并有效地提高系统的鲁棒性。 早在 20 世纪 7 0 年代, As tr o m 等人首先提出了自校正调节器, 以周期性地辨识过程模型参数为基础, 并和以最小方差为控制性能指标的控制律结合起来, 在每一采样周期内根据被控过程特性的变化, 自动计算出一组新的控制器参数。20 世纪 80 年代, Fo x bo r o 公司发表了它的 EX AC T 自校正控制器, 使用模式识别技术了解被控过程特性的变化, 然后使用专家系统方法去确定适当的控制器参数。这是一种基于启发式规则推理的自校正技术。20 世纪 90 年代, 神经网络的概念开始应用于自校正领域。具有自动整定功能和具有在线自校正功能的控制器被统称为自整定控制器。一般而言, 如果过程的动态特性是固定的, 则可以选用固定参数的控制器, 控制器参数的整定由自动整定完成。对动态特性时变的过程, 控制器的参数应具有在线自校正的能力, 以补偿过程时变。 2 P ID 参数自整定方法 要实现 PI D 参数的自整定, 首先要对被控制的对象有一个了解, 然后选择相应的参数计算方法完成控制器参数的设计。据此, 可将 PI D 参数自整定分成两大类: 辨识法和规则法。基于辨识法的 PI D 参数自整定,被控对象的特性通过对被控对象数学模型的分析来得到, 在对象数学模型的基础上用基于模型的一类整定法计算 PI D 参数。基于规则的 PI D 参数自整定, 则是运用系统临界点信息或系统响应曲线上的一些特征值来表征对象特性, 控制器参数由基于规则的整定法得到。 2. 1 辨识法 这类方法的本质是自适应控制理论与系统辨识的结合。为解决被控对象模型获取问题,

PID调节参数(FB41)

PID调节-----西门子FB41使用 准备用连续PID调节来实验一个控制,在软件上做了一个简单的PID41用仿真模拟了一把,情况还好,基本可以运行,但是其中的一些小的功能还是没有做好.想仔细再看看说明.幸好有一位网又一起讨论,得到了一个比较好的说明.传上来以免以后找不到. 使用FB41进行PID调整的说明 FB41称为连续控制的PID用于控制连续变化的模拟量，与FB42的差别在于后者是离散型的，用于控制开关量，其他二者的使用方法和许多参数都相同或相似。PID的初始化可以通过在OB100中调用一次，将参数COM-RST置位，当然也可在别的地方初始化它，关键的是要控制COM-RST；PID的调用可以在OB35中完成，一般设置时间为200MS，一定要结合帮助文档中的PID框图研究以下的参数，可以起到事半功倍的效果以下将重要参数用黑体标明.如果你比较懒一点，只需重点关注黑体字的参数就可以了。其他的可以使用默认参数。 A：所有的输入参数： COM_RST: BOOL: 重新启动PID：当该位TURE时：PID执行重启动功能，复位PID内部参数到默认值；通常在系统重启动时执行一个扫描周期，或在PID进入饱和状态需要退出时用这个位； MAN_ON：BOOL：手动值ON；当该位为TURE时，PID 功能块直接将MAN的值输出到LMN，这可以在PID框图中看到；也就是说，这个位是PID的手动/自动切换位；

PEPER_ON：BOOL：过程变量外围值ON：过程变量即反馈量，此PID可直接使用过程变量PIW（不推荐），也可使用PIW 规格化后的值（常用），因此，这个位为FALSE； P_SEL：BOOL：比例选择位：该位ON时，选择P（比例）控制有效；一般选择有效； I_SEL：BOOL：积分选择位；该位ON时，选择I（积分）控制有效；一般选择有效； INT_HOLD BOOL：积分保持，不去设置它； I_ITL_ON BOOL：积分初值有效， I-ITLV AL（积分初值）变量和这个位对应，当此位ON时，则使用I-ITLV AL变量积分初值。一般当发现PID功能的积分值增长比较慢或系统反应不够时可以考虑使用积分初值； D_SEL ：BOOL：微分选择位，该位ON时，选择D（微分）控制有效；一般的控制系统不用； CYCLE ：TIME：PID采样周期，一般设为200MS；SP_INT：REAL：PID的给定值； PV_IN ：REAL：PID的反馈值（也称过程变量）； PV_PER：WORD：未经规格化的反馈值，由PEPER-ON选择有效；（不推荐）MAN ：REAL：手动值，由MAN-ON选择有效；GAIN ：REAL：比例增益； TI ：TIME：积分时间； TD ：TIME：微分时间；

S7 200的PID参数整定方法

PID控制器参数整定的一般方法： PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类： 一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改； 二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。 现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。 PID参数的设定：是靠经验及工艺的熟悉，参考测量值跟踪与设定值曲线，从而调整P、I、D的大小。 书上的常用口诀： 参数整定找最佳，从小到大顺序查； 先是比例后积分，最后再把微分加； 曲线振荡很频繁，比例度盘要放大； 曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳； 曲线偏离回复慢，积分时间往下降； 曲线波动周期长，积分时间再加长； 曲线振荡频率快，先把微分降下来； 动差大来波动慢。微分时间应加长； 理想曲线两个波，前高后低4比1； 一看二调多分析，调节质量不会低。 个人认为PID参数的设置的大小，一方面是要根据控制对象的具体情况而定；另一方面是经验。P是解决幅值震荡，P大了会出现幅值震荡的幅度大，但震荡频率小，系统达到稳定时间长；I是解决动作响应的速度快慢的，I大了响应速度慢，反之则快；D是消除静态误差的，一般D设置都比较小，而且对系统影响比较小。 PID控制原理： 1、比例（P）控制：比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。 2、积分（I）控制：在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以

PID控制参数整定方法

●专家论谈　 PID控制参数整定方法 清华大学热能系(100084)　刘　镇　姜学智　李东海 过程工业控制中多采用PID控制算法,PID控制器只有在参数得到良好整定的前提下才能达到令人满意的控制效果。P ID控制器参数整定,是指在控制器的形式已经确定(PI、PID调节规律)的情况下,通过调整控制器参数,达到要求的控制目标。几十年来人们致力于研究P ID控制器参数的整定方法,提出了各种各样的方法。按应用条件分为在线整定算法、离线整定算法;按计算方式分为一次算法、反复迭代算法;本文将整定方法分为基于被控对象特性的整定方法和不依赖于对象动态特性的整定方法两大类。 1　基于被控对象特性的整定方法 控制参数整定的目标是使得由控制对象、控制器等组成的控制回路的动态特性满足性能指标要求,因此,若能得到被控对象的动态特性,就可通过各种手段来整定控制器参数。被控对象的特性可用不同的模型表征,常用的是对象的参数模型(如微分方程、传递函数)、非参数模型(如阶跃响应曲线)、输出响应特征值。 1.1　基于对象参数模型的整定方法 基于被控对象参数模型的整定方法是利用辨识算法得出对象的数学模型,在此基础上用整定算法对控制器参数进行整定。对象参数模型辨识方法(亦称现代的辨识方法)是在假定一种模型结构的基础上,通过极小化模型与过程之间的误差准则函数来确定模型的参数,比较常用的方法有最小二乘法、梯度校正法、极大似然法。若模型结构无法事先确定,则必须利用结构辨识方法先确定模型的结构参数(如阶次、纯迟延等)。在辨识得到对象的参数模型后,可用的参数整定方法有:极点配置整定法、相消原理法、内模控制法(IM C)、增益、相角裕量法(G PM)、基于二次型性能指标(I T A E/ IT E/ISE)的参数优化方法。这类方法对特性分明的被控对象的控制参数整定是十分有效的,但这种方法比较复杂,要得到精确的数学模型,需要较复杂的试验手段和数学手段,并且这种方法对被控过程模型有较强的限制,因而对不能或难以用精确数学模型描述的复杂过程难以奏效。 若采用对象参数离线辨识,则整定为一离线的计算过程;若采用在线辨识,则整定为一在线的迭代优化过程。1.2　基于对象非参数模型的整定方法 非参数模型辨识方法(亦称经典辨识方法)获得的模型是对象的非参数模型,即对象的阶跃响应、脉冲响应、频率响应等,其表现形式是以时间或频率为自变量的实验曲线。这种方法在假定过程是线性的前提下,不必事先确定模型的具体结构,因而可适用于任意复杂的过程。其所得的非参数模型经适当的数学处理,可转变为参数模型——传递函数形式,而后应用适当的整定方法或计算公式可得控制器参数。 目前工程上常用测取过程对象的阶跃响应,然后由阶跃响应曲线确定过程的近似传递函数。当阶跃响应曲线比较规则时,近似法、半对数法、切线法和两点法都能比较有效地导出近似传递函数。当对象的阶跃响应曲线呈现不规则形状时,上述方法就不能获得满意的效果,这时可采用面积法来获取所需数据。面积法计算量较大,且必须正确选择传递函数阶次。阶跃响应法的局限性在于对含有积分作用的对象来说,开环阶跃响应会无限增大。对象的非参数模型辨识方法除了阶跃响应法以外,还有脉冲响应法、频率响应法、相关分析法和谱分析法等。在取得了对象的近似模型后,可应用很多整定方法和公式进行控制器参数整定,其中最著名的是Z—N整定公式[1]及Coh en—Co on整定公式[2]。 基于对象非参数模型的整定方法只可用于离线整定。 1.3　基于对象输出响应特征值的控制参数整定方法 对于整定来说,传统对象模型中含有的冗余信息量往往很大,这些冗余信息并不影响控制器的参数整定,且控制器参数往往具有不确定性和不唯一性,一个经合理整定的控制器应能容忍对象模型的某些摄动而保持系统稳定。由此可见,可以压缩对象模型的信息量,而抽取其主要特征进行参数整定。目前,基于对象输出响应特征值来进行PID参数整定的方法较多,比较常用的是基于开环对象N yquist曲线上的一个特征点的知识来进行控制器参数整定。比较著名的有闭环Z—N方法、继电整定法等。 闭环Z—N方法(也称临界比例度法、稳定边界法)是Zieg ler和N ichlos在1942年提出的,方法是将