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Ziegler-Nichols工程整定法


Ziegler-Nichols工程整定法
PID控制理论的发展历史已经有数十年了,它的构想首先于1922年Minorsky 的论文中被发表出来。 PID控制器的模型首先出现在Callender等人在1936年所发 表的论文里, 而著名的Ziegler与Nichols则在1942年提出了PID控制的调整法则, 历经了半个多世纪,PID一直是历史最久的控制系统设计方法,而且

在今日依然 被广泛的使用。 PID参数的整定方法可以分为时域整定和频域整定两大类。时域方法中最基 本的是Ziegler和Nichol提出的Z-N阶跃响应法。在实际的应用中传统的Z-N整定 方法有着多种变型,最常见的有Cohen-Coon法与CHR法。 Ziegler-Nichols工程整定法-反应曲线法,是工程上最常用的快速整定PID 参数的方法。 Ziegler-Nichols法根据给定对象的瞬态响应来确定PID控制器的参 数,它首先通过实验,获取控制对象的阶跃响应,即在系统开环、带负载并处于 稳定的状态下,给系统输入一个阶跃信号,测量系统的输出响应曲线,如下图1 所示:

图1 阶跃激励信号与被控对象的阶跃响应曲线 如果阶跃响应曲线y(t)看起来是一条S形的曲线,则可用此法,否则不能 用。 S 形曲线用滞后时间 τ 和时间常数 T 来描述,对象传递函数可近似为:

y( s) Ke?? s ? u ( s) Ts ? 1
其中K是放大系数:

?1?1?

?1 ? 2?
可根据表1-1计算出KP、Ti、Td的值。

表1-1 Ziegler-Nichols法整定控制器参数 调节规律 KP Ti Td T /K τ ∞ 0 P 0.9 T/Kτ 3.3τ 0 PI 1.2 T/Kτ 2τ-2.2τ 0.5τ PID


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