John Ziegler（Zeke）和Nathaniel Nichols可能不是发明比例-积分-微分（PID）控制器的人，但是他们著名的回路整定技术使得PID算法在所有应用在工业领域内的反馈控制策略中是最常用的。Ziegler-Nichols整定技术是1942年第一次发表出来，直到现在还被广泛地应用着。
　　现在，所谓的对PID回路的“整定”就是指调整控制器对实际测量得到的过程变量值与理想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CONTROL ENGINEERING China版权所有，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。
　　Ziegler和Nichols对回路整定提出了一个两步法。他们对定量一个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控制工程网版权所有，过程变量改变了多少以及改变有多快而设计出来的。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。Ziegler和Nichols其实提出了两种技术，这两种技术都在控制工程，2003，7月版的文章“回路整定基础”中有所描述。

图1：为了确定过程的临界周期Tu和临界增益Pu，控制器会临时使它的PID
算法失效，取而代之的是一个ON/OFF的继电器来让过程变为振荡的。这
两个参数很好的将过程行为进行了量化以决定PID控制器应该如何整定来
得到理想的闭环回路性能。

　　自行整定
　　很多年来，无论何时当一个新的控制回路完成时，Ziegler-Nichols整定技术就像操作手册一样被严格地执行着。一名工程师首先会运行Ziegler-Nichols测试，记录控制器的作用并且将控制变量的结果组成一个曲线图CONTROL ENGINEERING China版权所有，通过趋势线形状将过程行为变得更为完美，对回路进行整定来匹配控制过程，然后在新回路的自动模式下开始生产。
　　如果对每个回路都像这样整定，那将会是件单调乏味而且重复的工作，并且这样做出来的结果不会总是令人满意的。但是一些重复的工作有时是必不可少的，比如生成整定参数来使得闭环回路的性能成为可用的。
　　在上世纪70年代，当PID控制器将所有的电器设备和气动设备整合到完全数字化的微处理器时，编程器自动地使用Ziegler-Nichols回路整定技术。理论上，甚至一名完全不熟悉整定技术基础的操作工也可以通过按一个按钮CONTROL ENGINEERING China版权所有，使得控制器自行进行过程行为测试并且相应地选择整定参数。如果闭环回路的行为结果被证明为无效的话，那么操作工只需要简单地再次按那按钮。

图2：整定法则。PID 算法（如上）决定了从控制作用CO(t)到过程变量 PV(t)以及误差e(t)之间的过程
变量和设定值。控制器可以 通过调节三个整定参数：控制器增益P，积分时间TI 和微分时间TD 来调
节积极作用的大小。Ziegler 和Nichols 整定法则可以依据过程临界周期Tu和临界增益Pu来计算最合适
的整定参数值。

　　如今，诸如自整定或预整定功能在廉价的PID回路控制中都会有。在控制工程杂志读者中一份最新的调查表明，购买或使用回路控制器的用户基本都认为使用PID算法的PID控制器最重要的功能是自整定以及与外部设备通讯。有些供应商也把自动整定叫作自行整定，然而自行整定通常不仅仅指在过程控制开始的时候，同样也指在正常过程操作中的一种适应技术。连续的自行整定是被认为第五重要的一项功能，在控制工程测量杂志中有所描述。
　　自动阶跃测试
　　迄今仍在市场流通的一款最早期的自动整定控制器是来自MicroMod 自动化公司的53MC500过程控制站。它使用的是简易整定算法，这算法最早是Fischer & Porter公司（现在是ABB公司的一个部门）在1980年开发出来的。它能自动执行一个类似于开环Ziegler-Nichols法的阶跃测试，使得控制器在传感器反馈信号缺失的时候产生一个对控制作用的突变。
　　过程变量变化的次数和达到最终值63.2%的时间相对应地代表了稳态增益和过程的时间常数。如果回路中的传感器正好安装在远离执行器的地方的话，那么过程响应对这个阶跃输入会出现时滞，这时滞是由于阶跃信号输入的时刻和过程变量首次开始起反作用的时刻之间的时间差造成的。
　　这三个模式参数使简易整定算法获得了所有需要的有关典型过程的信息CONTROL ENGINEERING China版权所有，让它可以预判过程将会如何对正确作用起到反作用，而不是仅仅地提供阶跃输入信号。这样就使简易整定算法可以计算整定参数来让控制器 与过程相匹配。
　　闭环回路测试
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