常用口訣
引數整定找最佳，從小到大順序查
先是比例後積分，最後再把微分加
曲線振盪很頻繁，比例度盤要放大
曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳
曲線偏離回覆慢，積分時間往下降
曲線波動週期長，積分時間再加長
曲線振盪頻率快，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，前高後低4比1
一看二調多分析，調節質量不會低

01 基礎知識

1. 比例（P）控制
     比例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訊號成比例關係。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差（Steady-state error）。
2. 積分（I）控制
     在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差訊號的積分成正比關係。對一個自動控制系統，如果在進入穩態後存在穩態誤差，則稱這個控制系統是有穩態誤差的或簡稱有差系統（System with Steady-state Error）。為了消除穩態誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決於時間的積分，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，直到等於零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統在進入穩態後無穩態誤差。
3. 微分（D）控制
     在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差訊號的微分（即誤差的變化率）成正比關係。自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振盪甚至失穩。其原因是由於存在有較大慣性元件（環節）或有滯後(delay)元件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落後於誤差的變化。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。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等於零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯後的被控物件，比例+微分(PD)控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。

02 PID控制器的引數整定

  PID控制器的引數整定是控制系統設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控制器的比例係數、積分時間和微分時間的大小。
   PID控制器引數整定的方法很多，概括起來有兩大類：
  ①理論計算整定法：
    它主要是依據系統的數學模型，經過理論計算確定控制器引數。這種方法所得到的計算資料未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。
  ②工程整定方法：
    它主要依賴工程經驗，直接在控制系統的試驗中進行，且方法簡單、易於掌握，在工程實際中被廣泛採用。
  PID控制器引數的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。
  三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然後按照工程經驗公式對控制器引數進行整定。但無論採用哪一種方法所得到的控制器引數，都需要在實際執行中進行最後調整與完善。

01 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，此過程成為等幅振盪過程，如下圖所示。此時調節器的比例度為臨界比例度δk，被調引數的工作週期為為臨界週期Tk

臨界比例度法整定PID引數步驟

  1、將調節器積分時間設定為無窮大、微分時間設定為零（即Ti＝∞，Td＝0），比例度適當取值，調節系統按純比例作用投入。穩定後，適當減小比例度，在外界干擾作用下，觀察過程變化情況，尋取系統等幅振盪臨界狀態，得到臨界引數。
  2、根據臨界比例度δk和為臨界週期Tk，按下表計算出調節器引數整定值

  3、將計算所得的調節器引數輸入調節器後再次執行調節系統，觀察過程變化情況。多數情況下系統均能穩定執行狀態，如果還未達到理想控制狀態，進需要對引數微調即可。

02 衰減曲線法

  衰減曲線法整定調節器引數通常會按照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引數整定。

4:1衰減曲線法整定調節器引數

  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，此時比例度為4:1衰減比例度δs，兩個相鄰同向波峰之間的距離為4:1衰減操作週期TS，如下圖所示

4:1衰減曲線法整定PID引數步驟如下：

   1、將調節器積分時間設定為無窮大、微分時間設定為零（即Ti＝∞，Td＝0），比例度適當取值，調節系統按純比例作用投入。系統穩定後，逐步減小比例度，根據工藝操作的許可程度加2％-3％的干擾，觀察調節過程變化情況，直到調節過程變化達到規定的4：1衰減比為止，得到4：1衰減情況下的比例度δs和衰減操作週期TS。
  2、根據δs和Ts值按以下公式計算出調節器整定引數

  3、將比例度放在比計算值略大的數值上，逐步引入積分和微分作用。
  4、將比例度降至計算值上，觀察執行，適當調整。

10:1衰減曲線法整定調節器引數

  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峰飛昇時間Tr。
  10:1衰減曲線法整定調節引數步驟和4:1衰減曲線法完全一致，僅採用的整定引數和經驗公式不同。

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