法）、反应曲线法和4:1衰减法。其共同点都是通过实验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。然而，无论采用哪一种方法整定所得到的控制参数，都需要在实际运行中进行最后的调整与完善。
理论和实践证明，即便是整定得很好的PID参数值，系统响应的快速性与超调量之间也存在矛盾，二者不可能同时达到最优，且系统在跟踪设定值与抑制扰动方面对控制参数的要求也是矛盾的。下面从系统稳定性、响应速度、超调量和控制精度等各方面特性来分析PID三参数对PID控制品质的影响。
比例系数的作用在于加快系统的响应速度，提高系统调节精度。越大，系统的响应速度越快，但将产生超调和振荡，甚至导致系统不稳定，因此值不能取的过大；如果值较小，则会降低调节精度，使响应速度变慢，从而延长调节时间，使系统动、静态特性变坏。
积分环节作用系数的作用在于消除系统的稳态误差。越大，积分速度越快，系统静差消除越快。但过大，在响应过程的初期以及系统在过渡过程中，会产生积分饱和现象，从而引起响应过程出现较大的超调，使动态性能变差。若过小，积分作用变弱，则系统的静差难以消除，过渡过程时间加长，不能较快的达到稳定状态，影响系统的调节精度和动态特性。
微分环节作用系数的作用在于改善系统的动态特性。因为PID控制器的微分环节只影响系统偏差的变化率，其作用主要是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏差变化进行提前制动，降低超调，增加系统的稳定性。但过大，则会使响应过程过分提前制动，从而拖长调节时间，而且系统的抗干扰性也会变差。
第3章 Ziegler-Nichols整定法
3.1 系统数学模型的确定
基于带有延迟的一阶传递函数模型（）的传统PID控制经验公式，是John Ziegler（齐格勒）和Nathaniel Nichols（尼柯尔斯）于20世纪40时年代提出的。他们著名的回路整定技术使得PID算法直到现在还被广泛地应用在工业领域内的反馈控制策略中。
Ziegler和Nichols对回路整定提出了一种方法。为一个定量过程的行为设计了一个测试，这个测试是根据当过程作用改变的时候、过程变量改变了多少以及改变速度而设计出来的。他们同时也建立了一套经验公式，将那些测试结果转化为控制器的正确的性能设置参数或者整定参数。
所谓对PID回路的“整定”就是指，调整控制器对实际值与设定值之间的误差产生的反作用的积极程度。如果正巧控制过程是相对缓慢的话，那么PID算法可以设置成只要有一个随机的干扰改变了过程变量或者一个操作改变了设定值时，就能采取快速和显著的动作。相反地，如果控制过程对执行器是特别地灵敏，而控制器是用来操作过程变量的话，那么PID算法必须在比较长的一段时间内应用更为保守的校正力。回路整定的本质就是确定对控制器作用产生的过程反作用的积极程度和PID算法对消除误差可以提供多大的帮助[7]。
在实际的过程控制系统中，有大量的对象模型可以近似地由一阶模型来表示。这个对象模型可以表示为：
尤其对于一些无法用机理方法进行建模的系统，可用时域法和频域法对模型参数进行整定。
经过多年的发展，Ziegler-Nichols方法已经发展成为一种在参数设定中，处于经验和计算法之间的中间方法。这种方法可以为控制器确定非常精确的参数，在此之后也可进行微调。
3.2 基于时域响应曲线的整定
一、反应曲线法：用阶跃响应曲线来整定控制器的参数。
设想对被控对象(开环系统)施加一个阶跃信号，通过实验方法，测出其响应信号，根据这条阶跃响应曲线定出一些能反映控制对象动态特性的参数。如图所示，以曲线的拐点作一条切线得到三个参数：K是控制对象的增益，L是等效滞后时间，T是等效滞后时间常数。则输出信号可由图中的形状近似确定参数K，L和T（或α） ，其中。如果获得了参数K，L和T（或α） 后，则可根据表3-1确定PID控制器的有关参数。
图3-1 在开环阶跃响应曲线上确定PID 参数
表3-1 PID参数整定表1
调节器 类型 P PI PID 1α 0.9α 1.2α 阶跃响应整定 ∞ 3.33L 2L 0 0 0.5L 二、稳定边界法：用系统的等幅振荡曲线来整定控制器的参数。
先测出系统处于闭环状态下的对象的等幅振荡曲线，根据等幅振荡曲线定出一些能反映控制对象动态特性的参数。设系统为只有比例控制的闭环系统，则当增大时，闭环系统若能产生等幅振荡，如测出其振幅和振荡周期,然后由表3-2整定PID参数。
图3-2 在等幅振荡曲线上确定PID 参数
表3-2 PID参数整定表2
调节器 类型 P PI PID 0.5 0.455 0.6 等幅振荡整定 ∞ 0.833 0.5 0 0 0.125 上述二法亦适用于系统模型已知的系统。但是此二法在应用中也有约束，因为许多系统并不与上述系统匹配，例如第一法无法应于开环传递中含积分项的系统，第二法就无法直接应用于二阶系统。如就无法利用Ziegler-Nichols法进行整定。
3.3 基于频域法的整定
如果实验数据是由频率响应得到的，则可先画出其对应的Nyquist图，从图中可以容易得到系统的剪切频率与系统的极限增益，若令，同样我们从表3-3给出的经验公式可以得到PID控制器对应的参数。事实上，此法即时域法的第二法。
表3-3 Z－N频域整定法
控制器类型 P PI PID 0.5 0.4 0.6 0.8 0.5 0 0.12 0