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PID參數整定方法很多，常見的工程整定方法有臨界比例度法、衰減曲線法和經驗法。雲南昌暉儀表製造有限公司以圖文形式介紹以臨界比例度法和衰減曲線法整定調節器PID參數方法。
臨界比例度法
一個調節系統，在階躍干擾作用下，出現既不發散也不衰減的等幅震盪過程，此過程成爲等幅振盪過程，如下圖所示。此時pid調節器的比例度爲臨界比例度δk，被調參數的工作週期爲爲臨界週期Tk。
臨界比例度法整定PID參數步驟
臨界比例度法整定PID參數具體操作如下：
1、被控系統穩定後,把PID調節器的積分時間放到最大,微分時間放到零(相當於切除了積分和微分作用,只使用比例作用)。
2、通過外界干擾或使PID調節器設定值作一階躍變化,觀察由此而引起的測量值振盪。
3、從大到小逐步把PID調節器的比例度減小，看測量值振盪的變化是發散的還是衰減的，如是衰減的則應把比例度繼續減小；如是發散的則應把比例度放大。
4、連續重複2和3步驟,直至測量值按恆定幅度和週期發生振盪,即持續4-5次等幅振盪爲止。此時的比例度示值就是臨界比例度δk。
5、從振盪波形圖來看,來回振盪1次的時間就是臨界週期Tk,即從振盪波的第一個波的頂點到第二個波的頂點的時間。如果有條件用記錄儀,就比較好觀察了,即可看振盪波幅值,還可看測量值輸出曲線的峯-峯距離,把該測量值除以記錄紙的走紙速度,就可計算出臨界週期Tk;如果是DCS控制或使用無紙記錄儀，在趨勢記錄曲線中可直接得出Tk。
臨界比例度法PID參數整定經驗公式
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調節規律 |
調節器參數 |
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比例度δ，單位：％ |
積分時間Ti，單位：min |
微分時間Td，單位：min |
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P |
2×δk |
--- |
--- |
|
PI |
2.2×δk |
0.85×Tk |
--- |
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PD |
1.8×δk |
--- |
0.1×Tk |
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PID |
1.7×δk |
0.5×Tk |
0.125×Tk |
衰減曲線法
衰減曲線法整定調節器參數通常會按照4:1和10:1兩種衰減方式進行，兩種方法操作步驟相同，但分別適用於不同工況的調節器參數整定。
4:1衰減曲線法整定調節器參數
純比例度作用下的自動調節系統，在比例度逐漸減小時，出現4:1衰減振盪過程，此時比例度爲4：1衰減比例度δs，兩個相鄰同向波峯之間的距離爲4:1衰減操作週期TS，如下圖所示
4:1衰減曲線法整定PID參數步驟
4:1衰減曲線法整定PID參數具體操作如下：
1、在閉合的控制系統中,將PID調節器變爲純比例作用,比例度放在較大的數值上。
2、系統達到穩定後，通過外界干擾或使PID調節器設定值作一階躍變化，觀察記錄曲線的衰減比。
3、從大到小改變比例度，直至出現4:1衰減比爲止，記下此時的比例度δs(叫4:1衰減比例度)並從曲線上得出衰減週期Ts(在4∶1曲線中爲峯-峯時間)。對有些控制對象，控制過程進行較快，難以從記錄曲線上找出衰減比。這時只要被控量波動2次就能達到穩定狀態,可近似認爲是4:1的衰減過程，其波動1次時間爲Ts。
4、得到了衰減比例度Ps和衰減週期Ts後,就可根據表中的經驗公式求出PID調節器的PID參數。
4:1衰減曲線法PID參數整定經驗公式
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調節規律 |
調節器參數 |
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比例度δ，單位：％ |
積分時間Ti，單位：min |
微分時間Td，單位：min |
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P |
δs |
--- |
--- |
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PI |
0.2×δs |
0.5×Ts |
--- |
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PID |
0.8×δs |
0.3×Ts |
0.1×Ts |
6、將比例度降至計算值上，觀察運行，適當調整。
10:1衰減曲線法整定調節器參數
在部分調節系統中，由於採用4:1衰減比仍嫌振盪比較厲害，則可採用10:1的衰減過程，如下圖所示。這種情況下由於衰減太快，要測量操作週期比較困難，但可測取從施加干擾開始至第一個波峯飛昇時間Tr。
10:1衰減曲線法整定調節參數步驟和4:1衰減曲線法完全一致，僅採用的整定參數和經驗公式不同。
10:1衰減曲線法PID參數整定經驗公式
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調節規律 |
調節器參數 |
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比例度δ，單位：％ |
積分時間Ti，單位：min |
微分時間Td，單位：min |
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P |
δss |
--- |
--- |
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PI |
1.2×δss |
2×Tr |
--- |
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PID |
0.8×δss |
1.2×Tr |
0.4×Tr |
衰減曲線法比較簡便,適用於一般情況下的各種參數的控制系統。但對於干擾頻繁，記錄曲線不規則,不斷有小擺動時，由於不易得到正確的衰減比例度δs和衰減週期Ts，使得這種方法難於應用。