经验法PID参数工程整定口诀浅析

　　我们先看网上流传的PID参数整定口诀：

　　参数整定找最佳，从小到大顺序查

　　先是比例后积分，最后再把微分加

　　曲线振荡很频繁，比例度盘要放大

　　曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳

　　曲线偏离回复慢，积分时间往下降

　　曲线波动周期长，积分时间再加长

　　曲线振荡频率快，先把微分降下来

　　动差大来波动慢。微分时间应加长

　　理想曲线两个波，前高后低4比1

　　一看二调多分析，调节质量不会低。

　　它是什么时候开始在网上流传的不太清楚。

　　现在再看另一首口诀：

　　参数整定寻最佳，从大到小顺次查。

　　先是比例后积分，最后再把微分加。

　　曲线振荡很频繁，比例度盘要放大。

　　曲线漂浮绕大弯，比例度盘往小扳。

　　曲线偏离回复慢，积分时间往下降。

　　曲线波动周期长，积分时间再加长。

　　理想曲线两个波，调节过程高质量。

　　这是一首用经验法进行PID参数工程整定的口诀，该口诀流传至今已有几十年了，其最早出现在1973年11月出版的《化工自动化》一书中。现在网上流传的口诀，看来大多是以该口诀作为蓝本进行了补充和改编而来的，如：“ 曲线振荡频率快，先把微分降下来，动差大来波动慢。微分时间应加长。”还有的加了：“ 理想曲线两个波，前高后低4比1，一看二调多分析，调节质量不会低。”等等。

　　现dlr结合这两首口诀，进行一些浅析。

　　控制系统在设计、整定和运行中，衡量系统质量的依据就是系统的过渡过程。当系统的输入为阶跃变化时，系统的过渡过程表现有：发散振荡、等幅振荡、衰减振荡、单调过程等形式。在多数情况下，dlr都希望得到衰减振荡的过渡过程，且认为如图1所示的过渡过程最好，并把它作为衡量控制系统质量的依据。

　　

　　选用该曲线作为控制系统质量指标的理由是：它第一次回复到给定值较快，以后虽然又偏离了，但偏离不大，并且只有极少数几次振荡就稳定下来了。定量的看，第一个波峰B的高度是第二个波峰B‘高度的4倍，所以这种曲线又叫做4:1衰减曲线。在调节器工程整定时，以能得到4:1的衰减过渡过程为最好，这时的调节器参数可叫最佳参数。

　　先谈谈口诀“参数整定寻最佳，从大到小顺次查。”中的最佳参数问题，很多仪表工都有这样的体会，在现场的调节器工程参数整定中，如果只按4:1衰减比进行整定，那么可以有很多对的比例度和积分时间同样能满足4:1的衰减比，但是这些对的数值并不是任意的组合，而是成对的，一定的比例度必须与一定的积分时间组成一对，才能满足衰减比的条件，改变其中之一，另一个也要随之改变。因为是成对出现的，所以才有调节器参数的“匹配”问题。而dlr在实际应用中只有增加一个附加条件，才能从多对数值中选出一对适合的值。这一对适合的值通常称为“最佳整定值”。“从大到小顺次查”中“查”的意思就是找到调节器参数的最佳匹配值。而“从大到小顺次查”是说在具体操作时，先把比例度、积分时间放至最大位置，把微分时间调至零。因为我们需要的是衰减振荡的过渡过程，并避免出现其它的振荡过程，在整定初期，把比例度放至最大位置，目的是减小调节器的放大倍数。而积分放至最大位置，目的是先把积分作用取消。把微分时间调至零也是把微分作用取消了。“从大到小……”就是从大到小改变比例度或积分时间刻度，实质是慢慢的增加比例作用或积分作用的放大倍数。也就是慢慢的增加比例或积分作用的影响，避免系统出现大的振荡。最后再根据系统实际情况决定是否使用微分作用。

　　“先是比例后积分，最后再把微分加。”是经验法的整定步骤。比例作用是最基本的调节作用，口诀说的：“先是比例后积分”，目的是简化调节器的参数整定，即先把积分作用取消和弱化，待系统较稳定后再投运积分作用。尤其是新安装的控制系统，对系统特性不了解时，dlr要做的就是先把积分作用取消，待调整好比例度，使控制系统大致稳定以后，再加入积分作用。对于比例控制系统，如果规定4:1的衰减过渡过程，则只有一个比例度能满足这一规定，而其它的任何比例度都不可能使过渡过程的衰减比为4:1。因此，对比例控制系统只要找到能满足4:1衰减比时的比例度就行了。

　　在调好比例控制的基础上再加入积分作用，但积分会降低过渡过程的衰减比，则系统的稳定程度也会降低。为了保持系统的稳定程度，可增大调节器的比例度，即减小调节器的放大倍数。这就是dlr在整定中投入积分作用后，要把比例度增大约20％的原因。其实质就是个比例度和积分时间数值的匹配问题，在一定范围内比例度的减小，是可以用增加积分时间的方法来补偿的，但也要看到比例作用和积分作用是互为影响的，如果设置的比例度过大时，即便积分时间恰当，系统控制效果仍然会不佳。

　　在有的场合，也可不强求以上步骤，而dlr是采取按表-1的经验整定法PID参数凑试范围一览表，先把积分、微分时间选择好，然后由大到小的改变比例度进行凑试，直至调节过程曲线满意为止。积分时间和微分时间预置后用比例度凑试，其体现的是经验，如果没有经验就成为盲目调试了。此方法的缺点是当同时使用比例、积分、微分三作用时，不易找到最合适的整定参数，则反复的凑试会费很多时间。

　　

　　“曲线振荡很频繁，比例度盘要放大。”说的是比例度过小时，会产生周期较短的激烈振荡，且振荡衰减很慢，严重时甚至会成为发散振荡，如图2所示。这时就要调大比例度，使曲线平缓下来。

　　

　　“ 曲线漂浮绕大弯，比例度盘往小扳。”说的是比例度过大时会使过渡时间过长，使被调参数变化缓慢，即记录曲线偏离给定值幅值较大，时间较长，这时曲线波动较大且变化无规则，形状像绕大弯式的变化，如图3所示。dlr这时就要减小比例度，使余差尽量小。

　　

　　“曲线偏离回复慢，积分时间往下降。曲线波动周期长，积分时间再加长。”说的是积分作用的整定方法。当积分时间太长时，会使曲线非周期地慢慢地回复到给定值，即“曲线偏离回复慢”，如图2-4所示。则应减少积分时间。当积分时间太短时，会使曲线振荡周期较长，且衰减很慢，即“曲线波动周期长”，如图4所示。则应加长积分时间。

　　

　　调节器的参数按比例积分作用整定好后，dlr可在积分时间的0.2～0.5倍范围内来调整微分时间。即“最后再把微分加。”由于微分作用会增强系统的稳定性，故采用微分作用后，调节器的比例度可以再增大一些，一般以增大20％为宜。微分作用主要用于滞后和惯性较大的场合，由于微分作用具有超前调节的功能，当系统有较大滞后或较大惯性的情况下，才应启用微分作用。

　　为方便理解几十年前的口诀，对有关问题谈点看法。

　　① 关于比例度盘

　　口诀是仪表工实际工作的总结，但由于历史的原因，当时仪表工所接触的大多是气动调节仪表，最早的是04型基地式气动调节仪表，后来是气动单元组合仪表，七十年代初期电动仪表在工厂的应用也是很有限的。气动仪表调比例度就是改变一个针形阀门的开度，为便于dlr观察阀门的开度，阀门手柄上有个等分刻度盘；电动仪表调的是电位器，同样也有一个等分刻度盘；这就是口诀中说的：“比例度盘”。

　　② 过程曲线的观察

　　经验法的实质就是看曲线，调参数。