PID作为控制领域的基础算法，被广泛应用于各行各业。它的核心是三个参数，分别是Kp（比例系数）、Ki（积分系数）、Kd（微分系数）。经验丰富的应用工程师，都会有一套自己的口诀，针对常规的产品，这些口诀也是够用的。但是，当被控系统发生重大变化时，这些经验就不一定适用了。比如温度控制、位置控制、转速控制、电压控制等都有各自的传递特性，并且不同的负载又会不一样。如果我们能够推导出被控负载的传递函数，那么，可以利用控制原理计算出这三个核心参数。但遗憾的是，被控系统的模型往往非常复杂，计算量非常大，我们很难通过计算获得比较好的结果。最主要的，大部分应用工程师对PID的底层原理并不熟悉，所以，如果有一个自整定的工具帮我们预先调节出一个基准的参数，然后我们再将其根据实际情况进行微调，那么就会节省很多时间。

simulink中的PID模块中就提供了这样一个功能，官方称其为PID Tuner，翻译过来就是“PID调谐器”。下面基于matlab R2016b来详细说明PID Tuner的基本操作，希望对需要的朋友有帮助。

打开模型

在matlab命令行窗口，通过open_system()打开转速PID控制模块：

open_system('scdspeedctrlpidblock');

过一会该示例模型将会被打开，它的核心是这个“PID Controller”，后面那一堆模块可以理解成是一个旋转系统的传递函数。

我们可以双击最右边的“Engine Speed（rpm）”来运行这个系统，先看看默认效果。可以看到，默认参数的抖动是非常厉害的，这显然无法接受。

接下来，我们使用PID Tuner对其进行整定。

打开PID Tuner

双击scdspeedctrlpidblock左侧的“PID Controller”，在弹出的“Block Parameters: PID Controller”对话框点击中间的“Tune...”按钮。

初始化PID设计

PID Tuner启动后会自动识别对象的输入和输出，使用当前工作点进行线性化处理，计算出控制器所看到的线性化对象模型，也就是图中这条曲线。

显示PID参数

点击工具栏右侧的“Show Parameters”可以看到当前PID的详细参数，包括P、I系数（这里没有用到D，所以显示的是n/a），下面还有Performance（性能）和Robustness（鲁棒性），调节时间（settling time）为2.88秒，超调量（Overshoot）为2.46%。

使用PID Tuner调节PID参数

这里的“settling time”即“调节时间”又称“稳定时间”，指的是系统的输出从开始响应输入信号到进入稳态值（通常波动为 ±2% 或 ±5%即可视为稳态）所需要的时间。而“Overshoot”就是“超调量”，也就是系统输出超过稳态值的比例。

拖动工具栏的“response Time（seconds）”上面的滚动条可以改变响应时间，向右拖动加长，反之则缩短，这个参数会影响“调节时间”。

我们把“Response Time”拖动到3.1的位置，也可以在右侧的微调器的文本框中直接输入，此时曲线明显变得平缓了，没有一点超调，点击Show Parameters可以看到此时就是一个纯积分器（P=0）。此时的调节时间接近4秒。

通过响应时间和鲁棒性权衡完成PID调整

刚刚加长响应时间的实验虽然减小了超调量，但是调整时间过长，接下来我们通过响应时间和鲁棒性的权衡来实现快且稳的PID参数整定。

首先，将响应时间调整到满意值，比如下图中Response Time=1.152秒时，调整时间约1.2秒，此时的超调量高达20%，这显然是不能接受的。

接下来，我们向右拖动Transient Behavior滑块，加大鲁棒性，可以看到超调量随着鲁棒性的提高而减小，到0.71时基本上没有超调了。

此时的调整时间约1.7秒，超调量几乎为0，非常nice！

让我们再次点击右上角的Show Parameters按钮，看看具体的PID参数。

将已调整的参数写入 PID 控制器模块

点击右上角的“Update Block”即可将调整后的PID参数更新到PID控制器中。

成功后，回到Block Parameters: PID Controller窗口，在Main标签页即可看到刚刚更新的系数。

完成设计

使用新的PID参数再次运行仿真，可以看到，波形好了很多，虽然有轻微超调，但是比之前那种帕金森波形要好的多。之所以不像PID Tuner那样平滑，是因为PID Tuner使用了线性化处理，而控制系统是非线性的，二者之间存在一定差异，不过此时我们可以手动进行微调，也可以在PID Tuner增大Transient Behavior参数来减小超调。

当Transient Behavior增大到0.77时，模型的响应几乎就没有超调了，而调整他时间基本上还是1.7秒，这比我们自己手动去调是不是方便很多？

注意事项

PID Tuner进行自整定的前提是要通过当前系统状态，计算一个线性对象模型，如果线性化失败将无法进行后面的工作。

比如，像下面这种情况就是无法线性化的：

此时打开PID Tuner软件就会在下方出现一个感叹号，告诉我们当前PID控制器不稳定。不过还是能够看到一条响应曲线，像目前的这条曲线还能够手动去调试，但最坏的情况是没法调试的。我们可以通过点击左上角的Plant，在弹出的列表选择Re-linearlize Closed Loop获取一个稳定点。

接下来软件会自动弹出一个 CLOSED LOOP RE-LINEARLIZEION页面，点击工具栏的Run，运行一遍仿真。

仿真完毕后，右侧会显示当前PID的执行结果，将中间的垂线拖动到Error为0的位置，然后点击工具栏的Linearlize，重新线性化。

右侧窗口会显示重新线性化后的响应曲线，点击它或者左上角的“PID TUNNER”可以回到PID Tuner界面。

此时我们可以像之前一样进行PID 调谐了。