PID参数整定方法很多，常见的工程整定方法有临界比例度法、衰减曲线法和经验法。云南昌晖仪表制造有限公司以图文形式介绍以临界比例度法和衰减曲线法整定调节器PID参数方法。
临界比例度法
一个调节系统，在阶跃干扰作用下，出现既不发散也不衰减的等幅震荡过程，此过程成为等幅振荡过程，如下图所示。此时PID调节器的比例度为临界比例度δk，被调参数的工作周期为为临界周期Tk。
临界比例度法整定PID参数步骤
临界比例度法整定PID参数具体操作如下：
1、被控系统稳定后,把PID调节器的积分时间放到最大,微分时间放到零(相当于切除了积分和微分作用,只使用比例作用)。
2、通过外界干扰或使PID调节器设定值作一阶跃变化,观察由此而引起的测量值振荡。
3、从大到小逐步把PID调节器的比例度减小，看测量值振荡的变化是发散的还是衰减的，如是衰减的则应把比例度继续减小；如是发散的则应把比例度放大。
4、连续重复2和3步骤,直至测量值按恒定幅度和周期发生振荡,即持续4-5次等幅振荡为止。此时的比例度示值就是临界比例度δk。
5、从振荡波形图来看,来回振荡1次的时间就是临界周期Tk,即从振荡波的第一个波的顶点到第二个波的顶点的时间。如果有条件用记录仪,就比较好观察了,即可看振荡波幅值,还可看测量值输出曲线的峰-峰距离,把该测量值除以记录纸的走纸速度,就可计算出临界周期Tk;如果是DCS控制或使用无纸记录仪，在趋势记录曲线中可直接得出Tk。
临界比例度法PID参数整定经验公式
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调节规律 |
调节器参数 |
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比例度δ，单位：％ |
积分时间Ti，单位：min |
微分时间Td，单位：min |
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|
P |
2×δk |
--- |
--- |
|
PI |
2.2×δk |
0.85×Tk |
--- |
|
PD |
1.8×δk |
--- |
0.1×Tk |
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PID |
1.7×δk |
0.5×Tk |
0.125×Tk |
6、将计算所得的调节器参数输入调节器后再次运行调节系统，观察过程变化情况。多数情况下系统均能稳定运行状态，如果还未达到理想控制状态，进需要对参数微调即可。
衰减曲线法
衰减曲线法整定调节器参数通常会按照4:1和10:1两种衰减方式进行，两种方法操作步骤相同，但分别适用于不同工况的调节器参数整定。
4:1衰减曲线法整定调节器参数
纯比例度作用下的自动调节系统，在比例度逐渐减小时，出现4:1衰减振荡过程，此时比例度为4：1衰减比例度δs，两个相邻同向波峰之间的距离为4:1衰减操作周期TS，如下图所示
4:1衰减曲线法整定PID参数步骤
4:1衰减曲线法整定PID参数具体操作如下：
1、在闭合的控制系统中,将PID调节器变为纯比例作用,比例度放在较大的数值上。
2、系统达到稳定后，通过外界干扰或使PID调节器设定值作一阶跃变化，观察记录曲线的衰减比。
3、从大到小改变比例度，直至出现4:1衰减比为止，记下此时的比例度δs(叫4:1衰减比例度)并从曲线上得出衰减周期Ts(在4∶1曲线中为峰-峰时间)。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1次时间为Ts。
4、得到了衰减比例度Ps和衰减周期Ts后,就可根据表中的经验公式求出PID调节器的PID参数。
4:1衰减曲线法PID参数整定经验公式
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调节规律 |
调节器参数 |
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|
比例度δ，单位：％ |
积分时间Ti，单位：min |
微分时间Td，单位：min |
|
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P |
δs |
--- |
--- |
|
PI |
0.2×δs |
0.5×Ts |
--- |
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PID |
0.8×δs |
0.3×Ts |
0.1×Ts |
5、将比例度放在比计算值略大的数值上，逐步引入积分和微分作用。
6、将比例度降至计算值上，观察运行，适当调整。
10:1衰减曲线法整定调节器参数
在部分调节系统中，由于采用4:1衰减比仍嫌振荡比较厉害，则可采用10:1的衰减过程，如下图所示。这种情况下由于衰减太快，要测量操作周期比较困难，但可测取从施加干扰开始至第一个波峰飞升时间Tr。
10:1衰减曲线法整定调节参数步骤和4:1衰减曲线法完全一致，仅采用的整定参数和经验公式不同。
10:1衰减曲线法PID参数整定经验公式
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调节规律 |
调节器参数 |
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比例度δ，单位：％ |
积分时间Ti，单位：min |
微分时间Td，单位：min |
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P |
δss |
--- |
--- |
|
PI |
1.2×δss |
2×Tr |
--- |
|
PID |
0.8×δss |
1.2×Tr |
0.4×Tr |
衰减曲线法比较简便,适用于一般情况下的各种参数的控制系统。但对于干扰频繁，记录曲线不规则,不断有小摆动时，由于不易得到正确的衰减比例度δs和衰减周期Ts，使得这种方法难于应用。
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