PID參數如何設定調節
1、開環控制系統(open-loop control system)
開環控制系統是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器controller的輸出沒有影響。在這種控制系統中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環回路。
2、閉環控制系統(closed-loop control system)
閉環控制系統的特點是系統被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環。閉環控制系統有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統給定值信號相反，則稱為負反饋(Negative Feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環控制系統均采用負反饋，又稱負反饋控制系統。閉環控制系統的例子很多。比如人就是一個具有負反饋的閉環控制系統，眼睛便是傳感器，充當反饋，人體系統能通過不斷的修正最后作出各種正確的動作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個開環控制系統。另例，當一臺真正的全自動洗衣機具有能連續檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動切斷電源，就是一個閉環控制系統。
3、階躍響應
階躍響應是指將一個階躍輸入（step function）加到系統上時，系統的輸出。穩態誤差是指系統的響應進入穩態后﹐系統的期望輸出與實際輸出之差。控制系統的性能可以用穩、準、快三個字來描述。穩是指系統的穩定性(stability)，一個系統要能正常工作，首先必須是穩定的，從階躍響應上看應該是收斂的﹔準是指控制系統的準確性、控制精度，通常用穩態誤差來(Steady-state error) 描述，它表示系統輸出穩態值與期望值之差﹔快是指控制系統響應的快速性，通常用上升時間來定量描述。
4、PID控制的原理和特點
在工程實際中，應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統參數時，最適合用PID控制技術。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。
比例（P）控制：是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差。
積分（I）控制：在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統，如果在進入穩態后存在穩態誤差，則稱這個控制系統是有穩態誤差的或簡稱有差系統。為了消除穩態誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統在進入穩態后無穩態誤差。
微分（D）控制：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩。其原因是由于存在有較大慣性組件（環節）或有滯后組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。
5、PID控制器的參數整定
PID控制器參數的整定步驟：
(1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統工作；
(2)僅加入比例控制環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期；
(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數。
PID參數的設定：是靠經驗及工藝的熟悉，參考測量值跟蹤與設定值曲線，從而調整大小。
PID控制器參數的工程整定,各種調節系統中P.I.D參數經驗數據以下可參照：
溫度T: P=20-60% T=180-600s D=3-180s
液位L: P=20-80% T=60-300s
流量L: P=40-100% T=6-60s
6、常用口訣：
參數整定找最佳，從小到大順序查
先是比例后積分，最后再把微分加
曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大
曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳
曲線偏離回復慢，積分時間往下降
曲線波動周期長，積分時間再加長
曲線振蕩頻率快，先把微分降下來
動差大來波動慢。微分時間應加長
理想曲線兩個波，前高后低4比1
一看二調多分析，調節質量不會低
這里介紹一種經驗法。這種方法實質上是一種試湊法，它是在生產實踐中總結出來的行之有效的方法，并在現場中得到了廣泛的應用。
這種方法的基本程序是先根據運行經驗，確定一組調節器參數，并將系統投入閉環運行，然后人為地加入階躍擾動（如改變調節器的給定值），觀察被調量或調節器輸出的階躍響應曲線。若認為控制質量不滿意，則根據各整定參數對控制過程的影響改變調節器參數。這樣反復試驗，直到滿意為止。
經驗法簡單可靠，但需要有一定現場運行經驗，整定時易帶有主觀片面性。當采用PID調節器時，有多個整定參數，反復試湊的次數增多，不易得到最佳整定參數。
7、PID調節方法
P參數設置：如不能肯定比例調節系數P應為多少，請把P參數先設置大些（如30%），以避免開機出現超調和振蕩，運行后視響應情況再逐步調小，以加強比例作用的效果，提高系統響應的快速性，以既能快速響應，又不出現超調或振蕩為最佳。
I參數設置：如不能肯定積分時間參數I應為多少，請先把I參數設置大些（如1800秒），(I> 3600時，積分作用去除)系統投運后先把P參數調好，爾后再把I參數逐步往小調，觀察系統響應，以系統能快速消除靜差進入穩態，而不出現超調振蕩為最佳。
D參數設置：如不能肯定微分時間參數D應為多少，請先把D參數設置為O，即去除微分作用，系統投運后先調好P參數和I參數，P、I確定后,再逐步增加D參數,加微分作用，以改善系統響應的快速性，以系統不出現振蕩為最佳，（多數系統可不加微分作用）。
PID參數的整定就是合理的選擇PID三參數。從系統的穩定性、響應速度，超調量和穩態精度等各方面考慮問題，三參數的作用如下：
1、比例（P）參數KP的作用是加快系統的響應速度，提高系統的調節精度。
隨著KP的增大系統的響應速度越快，系統的調節精度越高，但是系統易產生超調，系統的穩定性變差，甚至會導致系統不穩定。KP取值過小，調節精度降低，響應速度變慢，調節時間加長，使系統的動靜態性能變壞。
2、積分（I）作用參數Ti的一個最主要作用是消除系統的穩態誤差。
Ti越大系統的穩態誤差消除的越快，但Ti也不能過大，否則在響應過程的初期會產生積分飽和現象。若Ti過小，系統的穩態誤差將難以消除，影響系統的調節精度。另外在控制系統的前向通道中只要有積分環節總能做到穩態無靜差。從相位的角度來看一個積分環節就有90°的相位延遲，也許會破壞系統的穩定性。
3、微分（D）作用參數Td的作用是改善系統的動態性能，其主要作用是在響應過程中抑制偏差向任何方向的變化，對偏差變化進行提前預報。但Ti不能過大，否則會使響應過程提前制動，延長調節時間，并且會降低系統的抗干擾性能。
8、“試湊法”設置PID參數的建議步驟：
1、把Ti(I)與Td(D)設為0，不要積分與微分；
2、把Kp(P)值從0開始慢慢增大，觀察壓力的反應速度是否在你的要求內；
3、當壓力的反應速度達到你的要求，停止增大Kp(P)值；
4、在該Kp(P)值的基礎上減少10%；
5、把Ti(I)值從0開始慢慢增大；
6、當壓力開始波動，停止增大Ti(I)值；
7、在該Ti(I)值的基礎上減少10%；
8、把Td(D)值從0開始慢慢增大，觀察壓力的反應速度是否在你的要求內；
9、備注
PID是誤差控制
評價一個控制系統是否優越，有三個指標：快、穩、準。
快 ---- 就是要使壓力能快速地達到“命令值”（不知道你的系統要求多少時間）
穩 ---- 就是要壓力穩定不波動或波動量小（不知道你的系統允許多大波動）
準 ---- 就是要求“命令值”與“輸出值”之間的誤差e小（不知道你的系統允許多大誤差
要求“快”的話，可以增大Kp、Ti值
要求“準”的話，可以增大Ti值
要求“穩”的話，可以增大Td值,可以減少壓力波動
調整PID參數有兩種方法：仿真法和試湊法
比例調節：它依據“偏差大小”來動作。它的輸出與輸入偏差的大小成比例，調節及時，有力，但是有余差。用比例度P來表示其作用的大小。P越小，調節作用越強、比例作用太強時，會引起震蕩。
積分調節：它依據“偏差是否存在”來動作。它的輸出與偏差對時間的積分成比例，只有當余差完全消除時，積分作用才停止。其實質就是消除余差。但積分作用使最大超調量增大，延長了調節時間。積分時間Ti表示其作用的強弱，Ti越小，積分作用越強，積分作用太強時，也容易引起震蕩。
微分調節：它根據“偏差變化速度”來動作。它的輸出與輸入偏差變化的速度成比例，其實質和效果是阻止被調參數的一切變化，有超前調節的作用，對滯后大的系統有很好的效果。使調節過程超調量減少，時間縮短，余差也減小，但不能消除余差。用微分時間Td表示其作用的強弱，Td大，作用強，Td太大，會引起震蕩。
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