详细讲解PID参数

PID控制中有P、I、D三个参数，只有明白这三个参数的含义和作用才能完成控制器PID参数整定，让控制器到达最佳控制效果。能熟练进行PID参数整定，将自动控制系统投自动，这代表着工程技术人员的自动化技能水平，但很多人并未真正掌握PID控制和PID参数整定。

本文给大家介绍PID控制中P、I、D参数的作用。

比例作用

比例控制器实际上就是个放大倍数可调的放大器，即△P=Kp×e，式中Kp为比例增益，即Kp可大于1，也可小于1；e为控制器的输入，也就是测量值与给定值之差，又称为偏差。

要说明的是，对于大多数模拟控制器而言，都不采用比例增益Kp作为刻度，而是用比例度来刻度，即δ=1/Kc×100%。也就是说比例度与控制器的放大倍数的倒数成比例；控制器的比例度越小，它的放大倍数越大，偏差放大的能力越大，反之亦然。

明白了上述关系，就可知道： 比例度越大，控制器的放大倍数越小，被控参数的曲线越平稳；比例度越小，控制器的放大倍数越大，被控参数的曲线越波动。

比例控制有个缺点，就是会产生余差，要克服余差就必须引入积分作用。

积分作用

控制器的积分作用就是为了消除自控系统的余差而设置的。所谓积分，就是随时间进行累积的意思，即当有偏差输入e存在时，积分控制器就要将偏差随时间不断累积起来，也就是积分累积的快慢与偏差e的大小和积分速度成正比。只要有偏差e存在，积分控制器的输出就要改变，也就是说积分总是起作用的， 只有偏差不存在时，积分才会停止。

对于恒定的偏差，调整积分作用的实质就是改变控制器输出的变化速率，这个速率是通过积分作用的输出等于比例作用的输出所需的一段时问来衡量的。积分时间小，表示积分速度大，积分作用就强；反之，积分时问大，则积分作用就弱。如果积分时间无穷大，表示没有积分作用，控制器就成为纯比例控制器。

实际上积分作用很少单独使用，通常与比例作用一起使用，使其既具有把偏差放大(或缩小)的比例作用，又具有将偏差随时间累积的积分作用，且其作用方向是一致的。这时控制器的输出为：△P=Ke+△Pi，式中△P为控制器输出值的变化；Ke为比例作用引起的输出；△Pi为积分作用引起的输出。

微分作用

微分作用主要是用来克服被控对象的滞后，常用于温度控制系统。除采用微分作用外，在使用控制系统时要注意测量传送的滞后问题，如温度测量元件的选择和安装位置等。

在常规PID控制器中，微分作用的输出变化与微分时间和偏差变化的速度成比例，而与偏差的大小无关，偏差变化的速度越大，微分时间越长，则微分作用的输出变化越大。但如果微分作用过强，则可能由于变化太快而由其自身引起振荡，使控制器输出中产生明显的“尖峰”或“突跳”。

为了避免这一扰动，在 PID调节器 和DCS中可使用微分先行PID运算规律，即只对测量值PV进行微分，当人工改变控制器的给定值SP时，不会造成控制器输出的突变，避免了改变SP的瞬间给控制系统带来的扰动。如TDC-3000，则在常规PID算法中增加一个软开关，组态时供用户选择控制器对偏差、还是测量值进行微分。

当输入阶跃信号后，微分器一开始输出的最大变化值与微分作用消失后的输出变化的比值就是微分放大倍数Kd，即微分增益，微分増益的单位是时间， 设置微分时间(或者微分增益)为零会取消微分的功能。

为便于记住比例、积分、微分三个作用，特抄录三个顺口溜供大家参考。

比例作用顺口溜                                                                                          

比例州节器，像个放大器；                                                 

一个偏差来，放大送出去；                                                  

放大是多少，旋钮看仔细；                                                 

比例度旋大，放大倍数低。   

                                                              

积分作用顺口溜

重定调节器，累积有本领；

只要偏差在，累积不停止；  

累积快与慢，旋钮看仔细；

积分时间长，累积速度低。

微分作用顺口溜  

说起微分器，一点不神秘； 

阶跃输入来，输出跳上去；

下降快与慢，旋钮看仔细；

微分时间长，下降就慢些。

关于重定调节器的说明：重定就是重新给定的意思，因为控制器中积分作用就是完成重定工作的。以前把比例积分控制器叫做重定调节器。

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PID调节系统PID功能由PID调节器或DCS系统内部功能程序模块实现，了解与PID调节相关的一些基本概念，有助于PID入门新手快速熟悉调节器应用，在自动调节系统中成功整定PID参数。

本文介绍必须熟透于心的15个PID基本概念。

一首PID诗

1、被调量

被调量就是反映被调对象的实际波动的量值。被调量是经常变化的。

2、设定值

PID调节器设定值就是人们期待被调量需要达到的值。设定值可以是固定的，也可以是变化的。

3、控制输出

控制输出指PID调节器根据被调量的变化情况运算之后发出的让外部执行结构按照它的要求动作的指令。在PID调节器和执行机构之间还会有其他环节，比如限幅、伺服放大器等。限幅功能通常在PID调节器内完成；如果如果将PID、限幅和伺服放大器功能做在一台仪表内就构成阀位控制PID调节器；将伺服放大器和限幅做在执行机构里就构成智能执行机构。

4、输入偏差

输入偏差时被调量和设定值之间的差值

5、P（比例）

P就是比例作用，简单说就是输入偏差乘以一个系数。

6、I（积分）

I就是积分，简单说就是将输入偏差进行积分运算。

7、D(微分）

D就是微分，简单说就是将输入偏差进行微分运算

8、PID基本公式

PID调节器参数整定过程通俗讲就是先把系统调为纯比例作用，逐步增强比例作用让系统振荡，记录下比例作用和振荡周期，然后这个比例作用乘以0.6，积分作用适当延长。

KP=0.6Km

KD=KP×π/4ω

KI=KP×ω/π

公式中KP为比例控制参数；KD为积分控制参数；KI为微分控制参数；Km为系统开始振荡是的比例值；ω为极坐标下振荡时的频率

9、单回路

单回路就是只有一个PID的调节系统。

10、串级

一个PID不够用，串级就是把两个PID串接起来形成一个串级调节系统，也被成为双回路调节系统。串级调节系统里PID调节器有主调和副调之分。

在串级调节系统中要调节被调量的PID叫做主调，输出直接去指挥执行器动作的PID叫做副调，主调的控制输出进入副调作为副调的设定值。主调选用单回路PID调节器，副调选用外给定调节器。

11、正作用

对于PID调节器而言，控制输出随被调量增高而增高，随被调量减少而减少的作用，叫做PID正作用。

12、反作用

对于PID调节器而言，控制输出随被调量增高而降低，随被调量减少而增高的作用，叫做PID反作用。

13、动态偏差

在调节过程中，被调量和设定值之间的偏差随时改变，任意时刻两者之间的偏差叫做动态偏差。

14、静态偏差

调节趋于稳定之后，被调量和设定值之间还存在的偏差交静态偏差。消除静态偏差是通过PID调节器积分作用来实现的。

15、回调

调节器调节作用显示，使被调量开始由上升变为下降，或者由下降变为上升趋势成为回调。

P，I，D是三种不同的调节作用，既可以单独使用（P，I，D），也可以两个两个用（PI，PD），也可以三个一起用（PID）。