PID調節器參數整定就是通過實驗或計算的方法， 尋找調節器參數的最佳組合，從而達到改善系統的靜、動態特性，以求得最佳調節質量的過程。

PID調節器是目前自控系統中應用最廣泛的一種調節器。它的輸入信號是與被調量對給定值的偏差成正比的信號，它的輸出信號是與輸入信號、輸入信號對時間的積分、輸入信號對時間的導數成比例的直流電壓或電流量。輸出信號可以通過電-氣轉換器或相應單元推動執行機構或調節機構。如果PID調節器、執行機構、調節機構和對象組成系統，則PID調節器的輸出信號將使被調參數最后調到等于給定值。



在自控過程中，由于外界干擾或改變給定值，將使實際測量值和給定值之間產生一個“偏差”，由于PID調節器的控制作用，可使偏差逐漸趨近于零，使測量值逐漸恢復到給定值。工藝上一般希望測量值恢復到給定值的時間越短越好；希望測量值沖過給定值的幅度也叫超調量，其越小越好；希望過渡過程中的測最值在給定值兩側的振蕩次數愈少愈好。這三個指標的實現，一般都是通過正確選用和調整PID參數，使其符合要求。PID參數如何整定呢？嚴格說來，操作人員應該了解對象特性，即對象、閥門和測量變送器的靜、動態特性，但這對于一般操作人員來講，困難就太大了。為此，目前工業上常用的參數整定方法是經驗試湊和理論估算相結合的方法，即根據對廣義對象特性的估計，通過現場調整并觀查被調參數的変化情況，最后確定出合適的PID調節器參數。常用的整定方法有：臨界比例度法、衰減曲線法和經驗法等。

PID調節器參數整定的必要性和常用整定方法
1、參數整定的必要性和整定要點
一個既定的調節系統要實現預定的調節過程，必須通過選擇對應的PID調節器參數，才能保證和提高調節質量。另外，不同調節回路的對象特性和干擾形式與大小也各不相同，因此要達到應有的控制質量指標，必須正確選擇P、I、D參數。例如,流量對象反應非常靈敏，而溫度對象滯后比較大，所以流量系統選用的比例度都要大于溫度對象的比例度。參數整定的過程就是根據調節系統中各環節的對象特性，調整PID調節器中的可變參數，即比例度(P)、積分時間(I)和微分時間(D)，以便使被調參數受干擾后，能以一定的變化規律恢復到給定值。一般要求波動曲線的衰減度調到4:1~10:1為合適。

在參數整定過程中，由于比例調節是最結本的調節，因此一般都是先調好比例度，然后通過調節積分時間消除偏差，調節微分時間使調節質量進一步提高。

2、用臨界比例度法整定PID調節器參數
臨界比例度也叫等幅振蕩比例度法。其特點是不需要求得調節對象特性，直接在閉合的調節系統中進行整定。用臨界比例度法調整PID參數，在多數系統中均可采用，但不宜用于臨界比例度過小(當臨界比例度過小時，容易導致閥門全開或全關)，工藝參數不允許振蕩的場合。

文章《臨界比例度法整定PID參數》對臨界比例度PID參數整定方法做了詳細介紹，在本文中不再累述。

3、用衰減曲線法整定PID參數
衰減曲線法是在總結臨界比例度法和其他一些方法的基礎上，經過反復實踐提出來的。衰減曲線法整定PID參數特點：直接閉合系統在純比例度作用下，以4:1或10:1的衰減曲線作為整定目的，而直接求得PID調節器的比例度。衰減曲線法一般適用于對象時間常數較大，干擾較小，又不經常有干擾的場合。

文章《衰減曲線法整定PID參數》對衰減曲線法PID參數整定方法做了詳細介紹，在本文中不再累述。

3、用經驗法整定PID參數
經驗法實際上也是一種湊試法。在科研及化工生產中，有時原料量太大或帶走熱量太多時，空載調PID參數就意義不大。另外，實際生產中有時不允許改變給定值來反復調整PID，只能在每次加料或開車的實際生產中一次調整，這樣可根據控制參數的不同特點，先用經驗數據，然后再根據PID參數的過程控制品質要求，逐步修正參數，直至獲得最佳控制品質。經驗法整定PID簡單可靠，對記錄曲線不規則，干擾頻繁，對象時間常數小，無法獲得對象特性的場合均可適用。

文章《黃文鑫詳解經驗法PID參數調節口訣》對經驗法PID參數整定方法做了詳細介紹，在本文中不再累述。

PID參數整定注意事項
1、整定PID參數時，一定要力求工況穩定，尤其是衰減曲線法整定PID，否則工藝中的其他干擾進入系統，就不能得到正確的4:1~10:1衰減比例度和衰減周期，就不能求得最佳PID參數。

2、一個運行正常的自控系統，如果改變給定值(或系統受干擾)，在無紙記錄儀上觀察曲線上、下波動2-3次就能穩定下來，一般可認為過渡過程在4:1~10:1的范圍內。但是，對反應較快的流量、管道壓力和小容量的液位調節系統，耍在無紙記錄儀上嚴格地認定4:1~10:1的衰減曲線就比較困難。這時，可通過觀察執行器動作的變化來判斷。如果來回擺動2次就達到穩定，就可以近似認為是4:1衰減過程。

3、在整定參數無把握的情況下，一般都不宜把初始試驗參數放得太靈敏，例如比例度不宜放得太小，以免系統出現振蕩。一般作法是在手動控制時，閥門需要開得較大者，P值(比例度)可選得小一些；閥門不需要開得較大者，P值(比例度)可逃得大一些。

4、經驗法整定PID的關鍵是“調參數，看曲線”。因此，在調整過程中，必須弄清PID調節器參數變化對過渡過程曲線的影響關系。例如，看到曲線波動很大時，就不能再減小P值(比例度)，也不應該減小I值或加大D值，否則就會使系統出現劇烈振蕩。

5、在溫度調節系統中，由于容量滯后太大，有時積分時間要用在15min以上。對于P值(比例度)，當量程范圍小或調節閥尺寸選得較大時，P值(比例度)可選得大一些。

6、在前面介紹的PID整定方法中，都是先比例，后積分、微分。 但在實際應用中，也可以先把積分時間、微分時間定下來，再去整定比例度。實踐證明，該方法有時比先定比例度效果還好。

7、正確分析記錄曲線
◆比例度P值變化的影響，比例度越大，說明比例作用越弱，使過渡過程曲線變化緩慢；振蕩周期加長；衰減比變大。因此在有干擾或改變給定值使曲線恢復緩慢時，可將比例度P值變小。
◆積分時間I的影響：積分作用的強弱取決于積分時間I的大小。I大時，積分作用弱，I小時，積分作用強。一般變化趨勢是I越小，積分作用越強，曲線振蕩加劇，周期縮短，余差越來越小。但如果I太小，由于積分作用太強，會造成曲線劇烈振蕩，反而使消除余差的時間變長。
◆微分時間D的影響：微分作用的強弱主要看微分時問的大小。D越大，微分作用越強，這和積分時間剛好相反。微分作用越強，調節作用越強，其結果使振蕩越來越劇烈，周期也越來越短。

8、PID參數整定并不是萬能的，因為系統的控制質量與對象特性、干擾形式和大小、控制方案等都有關系，所以當控制方案選擇不當時，PID參數怎樣調整，也不能達到預期的控制效果。
作者：王新山