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2011 年 第 7 期
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
○
科教前沿
○
科技信息
PID 控制器简介及参数整定方法
潘汝涛（周口师范学院
河南 周口
466001）
【摘 要】
PID 控制器是比例积分微分控制器，它具有算法简单、鲁棒性好、可靠性高等特点，广泛的应用在工业控制过程。 PID 控制器的参数整
定一直是人们研究的热点。 本文分析了几种常见的
PID 控制器参数整定方法。
【关键词】
PID 控制器； 结构特点；参数整定
0
引言
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
PID
是英文
Proportional Integral Derivative
的简写 ，它的中文名称
。
2.1
临界比例度法
是比例积分微分控制器。
PID 控制器诞生在半个世纪以前，因为它控
临界比例度法是一种非常著名的工程整定方法
它不依赖于对象
制简单
容易实现 具有很强的鲁棒性
。
广泛的用于化工 冶金 机械
、
，
的数学模型
总结了前人在理论和实践中的经验
通过大量的实验得
、
、
、
、
，
热工、轻工业等工业控制系统。
21 世纪以来基于计算机技术的发展，
，
到了近似最优整定参数，临界增益
K 和临界振荡周期 T。 为避免临界
各种先进的控制整定方法不断的出现
，
使得自动控制越来越智能化
，
稳定问题， 在求取
K、T 是可以让系统做 4：1 衰减振荡来代替临界等
应用领域越来越广。 但
PID 控制技术并没有遭到淘汰，仍然是工业过
副振荡 这也被称为衰减振荡法
。
有的过程控制系统
，
临界比例很小
，
程控制的基础
。
根据日本有关调查资料显示
在现今使用的各种控制
，
调节阀不是全关就是全开
对于工业生产不利
有的过程控制系统 当
，
。
，
技术中，
PID 控制技术占 84.5%，优化 PID 控制技术占 6.8%，现代控制
，
调节器比例调到最小度值时
系统仍不产生等幅振荡
。
技术占
1.6%，手工控制技术占 6.6%，人工智能占 0.6%。 使用 PID 技术
，
2.2
极点配置法
控制的核心问题就是
PID 控制器的参数整定，它一直是人们研究的热
极点配置法是
Astrom 在 Wellstead 工作的基础上提出的方法，其
点。 自
1942 年 Ziegler 和 Nichols 提出了 Ziegler-Nichols 整定法后很多
出发点不是去极小化某一性能指标函数以使闭环控制系统达到预期
经典的参数整定方法被涌现了出来
极点配置方法
最小方差自整定
的响应
而是通过对闭环系统的极点按性能要求进行配置 来达到预
，
、
法、
LOG 设计法等。 本文对这几种整定方法做了适量的探讨。
，
，
期的控制目的。 这种方法适用于低阶系统
(二阶或二阶以下)对象，因
1
PID
控制器的简介
为这时在线辨识的参数不多
能够获得期望的动态响应
。
设计主导极
，
PID
控制器是一种线性控制器，它根据给定值
r
（
t
）与实际输出值
点是一种简化的极点配置方法，可得到高阶系统的
PID 控制器，此方
法把系统主导极点定位到复平面上
。
多数情况下 系统主要动态性能
y
（
t
）构成控制偏差：
e
（
t
）
=r
（
t
）
-y
（
t
）。
PID
控制规律为：
，
可通过简单的零点
-极点配置相同的情况下近似得到。
1
t
de
（
t
）
乙
2.3
衰减曲线法
u（t）＝K
e（t）＋
e
（
τ
）
dτ＋T
p
乙
T
i
乙
0
d
dt
衰减曲线法按
先
P
后
I
最后
D
”
的操作程序
，
将求得的整定参数
式子中，
K
p
为比例系数；
T
i
为积分时间常数；
T
d
为微分时间常数。
“
设置在调节器上
，
再观察运行曲线
，
若不太理想
，
还可作适当调整
。
衰
PID
控制器由比例单元
P
、积分单元
I
和微分单元
D
组成。
减曲线法的注意事项，对于反应较快的控制系统，要认定
41 衰减曲线
1.1
比例单元
和读出
Ts 比较困难，此时，可认为记录指针来回摆动两次就达到稳定
比例控制器简称
P 控制器， 它就是一个放大倍数可调整的放大
是
41
衰减过程
。
在生产过程中
负荷变化会影响过程特性
。
当负荷变
器。 控制器的输出信号
m（t）与输入信号 e（t）比例，即 M(t)=Kpe(t)式中，
，
化较大时 必须重新整定调节器参数值
。
若认为
41
衰减太慢
，
可采用
Kp
是控制器的增益或放大系数 。 提高比例控制器的增益就是提高开
，
101
衰减过程 。 对于
101
衰减曲线法整定调节器参数的步骤与上述完
环系统的放大系数
这样可以减小系统的稳态误差
从而提高控制精
。
全相同 仅仅所用计算公式有些不同
，
。
度。 对于一阶系统来说，提高
Kp 还可以减小系统的稳态误差。
，
PID
参数整定规律 ，增大比例系数一般将加快系统的响应 ，在有
1.2
积分单元
静差的情况下有利于减小静差
但是过大的比例系数会使系统有比较
积分控制器简称
I 控制器，它的输出信号 m（t）与输入信号 e（t）的
，
大的超调
并产生振荡 使稳定性变坏
。
增大积分时间有利于减小超
，
，
t
调 减小振荡
使系统的稳定性增加 但是系统静差消除时间变长
增
积分程比
m(t)=k
乙
0
e（t）dt 式中，Ki 是可调的系数。 积分控制器可以提
，
，
，
。
使系统超调量减小
大微分时间有利于加快系统的响应速度
，
稳定性
高系统的型别，减小稳态误差。 但它的相位角是
-90 度，这将明显减小
，
增加 但系统对扰动的抑制能力减弱
。
相位裕度使系统震荡变强
甚至导致系统不稳定
。
，
，
1.3
微分单元
3
结论
反映偏差信号的变化趋势 （ 变化速率
），
并能在偏差信号变得太大
经过半个多世纪的发展，
PID 控制器的研究和应用已相当成熟，
之前 在系统中引入一个有效的早期修正信号
从而加快系统的动作
，
，
但是
PID 型控制器仍有很多不足，尤其是对时延较大、参数时变较快、
速度 减少调节时间
。
，
不确定性明显和非线性严重的控制质量还比较差
。 因此 ，
对于如何把
2
PID
参数整定方法
PID
控制器运用到复杂对象的控制系统中是以后研究的主要方向 。
科
PID
控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容，如何适当的
●
【 参考文献 】
选取
PID 参数是 PID 控制中重要的一环。 PID 控制器参数整定方法有
［
1］金以慧.过程控制[M].清华大学出版社.
很多种，自
1942 年 Ziegler 和 Nichols 提出了 Ziegler-Nichols 整定法被
［
2］
黄友锐
,
曲立国
.PID
控制器参数整定与实现 科学出版社
.
提出 得到广泛的研究与应用
此后很多经典的参数整定方法被涌现
.
。
［
3］陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].高等教育出版.
，
了出来。
Cohen-Coon 响应曲线方法、Kappa-Kau 调节方法、极点配置
［
4］胡寿松.自动控制原理[M]．4 版．科学出版社.
方法、最小方差自整定法、
LOG 设计法等。 PID 控制器参数整定的方法
［
5］彭小奇.一种简单易模糊 PID 控制器的优化设计[J].兵工自动化.
很多，概括起来有两大类：理论计算整定法和工程整定方法。
［
6］邓璐娟,冯巧玲，李淑君,等.智能温室环境控制研究现状与发展方向[J].郑州
理论计算整定法主要依据系统的数学模型
经过理论计算确定控
轻工业学院学报
.
，
制器参数 。 这种方法所得到的计算数据未必可以直接使用
，
还必须通
责任编辑 常鹏飞
过工程实际进行调整和修改。 工程整定方法主要有
Ziegler-Nichols 整
［
］
：
定法 临界比例度法
、
衰减曲线法 。
这三种方法各有特点 其共同点都