西门子 6GK5206-2GS00-2FC2

评估PID调节系统的品质，主要关注外部干扰下被控量偏离设定值的情况。若偏离后能快速平稳地回归设定值，则视为良好表现。这一过程被称为【过渡过程】。

PID参数整定法中提到：“理想曲线两个波，前高后低4比1”，这一曲线实质上是PID调节系统品质的指标之一。

1.PID原理

图中每个方块代表控制系统的一个组成部分，揭示了系统各组成部分之间的相互影响关系。PID调节系统是一个具有负反馈的闭环系统。当受控量Y受到干扰导致升高时，反馈信号将超过给定值X，经过比较后，误差信号e被放大并传送至执行元件，控制器发出信号使执行元件动作，使得受控量下降，实现自动控制。

2.PID评估标准

衡量PID调节系统品质，主要关注外部干扰下，被控量偏离设定值的情况。若偏离后能快速平稳地回归设定值，则被视为良好。一般认为图中所示的过渡过程是佳的，并将其作为PID控制系统品质的指标。

选择该曲线作为指标的原因是：

该曲线次回归设定值速度较快，且后续偏离较小，经过几次振荡后稳定下来。定量分析显示，个波峰的高度是第二个波峰高度的四倍，被称为4:1衰减曲线。在PID参数整定时，能够实现4:1衰减过渡过程被视为佳，此时的PID控制参数被称为佳参数。

“理想曲线两个波，前高后低4比1”指的即是图中展示的过渡过程，即振荡两次后能够稳定下来，并且在振荡两次后有接近4:1的衰减比，这被认为是佳的过渡过程。

3.评估过渡过程的指标包括：衰减比、余差、大偏差、过渡时间、振荡周期和振荡次数。

衰减比：指前后两个峰值的比例，通常用n：1表示；

余差：指过渡过程结束时的残余偏差，如示意图中的C所示；

大偏差：即个波峰的高度，如示意图中的A，有时也用超调量表示参数偏离程度；

过渡时间：是从干扰发生至参数重新建立新平衡状态所经历的时间段；

振荡周期：是过渡过程从个波峰到第二个波峰的时间间隔；

振荡次数：是在过渡时间内参数振荡的次数。

4.系统的静态与动态特性

系统的静态特性是指当PID调节系统的设定值和干扰保持恒定时，系统处于一种相对平衡状态，被控量不随时间变化。在这种状态下，测量元件、放大调节元件和执行元件均保持静止，系统的输出信号也保持相对静态。

系统的动态特性是指从干扰发生到系统重新达到平衡的过程中，整个系统的各个环节和参数都处于变化之中。干扰的作用打破了原有的平衡状态，导致被控量发生变化。PID调节器随即调整参数以抵消扰动的影响，并致力于恢复系统的平衡状态。

过渡过程指的是PID调节系统在动态时被控量不断变化的过程。这个过程随着时间推移，系统从一个平衡状态向另一个平衡状态过渡，不断克服干扰的影响