《科技传播》2010•9(下)95 基础科学Basic Science PID控制器参数整定的 MATLAB/Simulink仿真 孙志富 安阳师范学院物理与电气工程学院 ，河南安阳 455002 摘 要 PID 控制器结构和算法简单 ，应用广泛 ，但参数整定方法复杂 ，通常用试凑法来确定。文中探讨利用临界比例度法来整定 PID 控制器参数 ，并且用 MATLAB 来实现仿真。仿真结果表明 ，这种方法可以方便、快速地找到使系统达到满意性能指标的参数。 关键词 PID ；参数整定 ；临界比例度法 ；MATLAB/Simulink 中图分类号 O4 文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2010)27-0095-02 本文所作主要工作就是在 MATLAB/Simulink 环境下 ，采用临界比例度法整定 PID 参数 ，通过直观地观察系统性能的变化 ，来快速、准确地选择合适的 PID 参数。1 PID 控制器的原理与算法 常见 PID 控制器的控制规律形式为 ： u(t) = KP e(t) + TI 1 e(t)dt 0 t# + TD dt de(t); E 相应的传递函数为 ：G(s) = E(s) U(s) = KP(1 + TIs 1 + TDs) 其中，KP 为比例系数，TI 为积分时间常数，TD 为微分时间常数。根据控制系统的理论知识 ，可知 PID 控制器中各环节的作用为： 1)比例环节 ：成比例地减小偏差 e(t)，迅速克服干扰 ，但却是有差调节 ，KP 越大 ，余差越小 ，但系统的稳定性会变差。 2)积分环节 ：主要用于消除余差 ，提高系统的无差度。积分时间常数 TI 越小 ，积分作用越强 ，克服余差的能力越高 ，但系统 的稳定性也会越差 ，甚至成为不稳定的发散振荡。 3)微分环节 ：反映偏差 e(t) 的变化趋势 ，改善系统的动态特性 ，如减小超调量、缩短调节时间等。但合适的微分时间常数 TD 比较难选 ，偏大或偏小都会影响系统性能。 从 3 个环节的作用可以看出 ，3 个参数 KP、TI、TD 的值直接决定了一个控制系统的好坏。因此 ，控制最主要的问题是参数的调节问题。一般来说 ，比例主要用于偏差的“粗调”，保证系统的“稳”，积分和微分则主要用于偏差的“细调”，分别保证系统的 “准”和“快”。 2 临界比例度法 临界比例度法是 PID 参数整定中常用的一种闭环整定方法。具体的整定步骤为 ： 1)将积分时间常数 TI 置于最大(TI = 3)，微分时间常数 TD 置零(TD=0)，比例系数置适当的值 ，平衡操作一段时间 ，使系统 投入闭环运行。 2)等系统运行稳定后 ，逐渐增大比例系数 KP，直到系统出现 等幅振荡(即临界稳定)，记录此时的临界振荡增益 Ku 和T u 临界 振荡周期。 3)根据 Ku 和T u 的值 ，按照表 1 中的经验公式和控制器类型 整定相应的 PID 参数 ，然后再进行仿真校验。 控制器类型 KP KI KD P 0.5Ku 3 0 PI 0.455Ku 0.85Tu 0 PID 0.6Ku 0.5Tu 0.125Tu 表 1 临界比例度法整定 PID 参数整定过程中 ，按照“先 P 后 I 最后 D”的操作程序逐步将控 制器整定参数调整到计算值上。若还不够满意 ，可进一步调整 ，直到得到较好的结果为止。 例如某控制系统的广义被控过程的传递函数为 Gp(s) = (5s + 1)(2s + 1)(10s + 1) 1 ，时间常数较大 ，因此 ，选用 PID 控制为主 要手段 ， PID 参数用临