如何衡量PID调节系统质量好坏

PID参数整定口诀中说：“理想曲线两个波，前高后低4比1”，这个曲线实质就是PID调节系统质量指标问题。图1是大家所熟悉的PID调节系统方框图，图1中每个方块代表控制系统的一个组成部分，从图中可看出系统中各组成部分的相互关系和影响。即PID调节系统是具有被调参数负反馈的闭环系统。当被控量Y受到干扰的影响而升高时，反馈信号艺将高于给定值X，经过比较而到放大元件去的偏差信号e将为负值，控制器将发出信号而使执行元件动作，其作用方向为负，使被控量下降，这就达到了自动控制的目的。

                                    图1 PID调节系统方框图
当一个PID调节系统的给定和干扰恒定不变时，整个系统处于一种相对的平衡状态，即测量元件、放大调节元件、执行元件都暂不动作，系统的输出信号也处于相对静止状态，即被控量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态。但由于干扰的作用而破坏了这种平衡状态，被控量就会改变，智能PID调节器就会改变调节参数以克服干扰的影响，并力图使系统恢复平衡状态。从干扰的发生到系统重新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环节和参数都处于变动状态之中，所以这种状态叫做动态。PID调节系统在动态时，被控量是不断变化的。它随时间而变化的过程称为PID调节系统的过渡过程。也就是系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程；也就是不断克服干扰影响的过程。

PID调节系统在设计、整定和运行中，衡量系统质量的依据就是系统的过渡过程。当系统的输人为阶跃变化时，系统的过渡过程大多表现形式为振荡过程，如发散振荡、等幅振荡、衰减振荡、单调过程等形式。但在大多数情况下，都希望得到衰减振荡这种过渡过程，因为它是用来衡量控制系统质量的依据。