Skip to content

PID tuning per Ziegler-Nichols

Which PID parameters should I start with?

Answer: Ziegler-Nichols' oscillation method gives a starting point for a controller: turn up the P-gain with I and D switched off, until the loop oscillates stably. Note the gain (Ku) and the time for one oscillation (Tu). The calculator gives the classic settings for P, PI and PID controller.

Formula

P: Kp = 0,5 · Ku

PI: Kp = 0,45 · Ku, Ti = Tu / 1,2

PID: Kp = 0,6 · Ku, Ti = Tu / 2, Td = Tu / 8

Ki = Kp / Ti bruges, hvis regulatoren er sat op i parallel form i stedet for Ti i sekunder.

Symbols and units in the formula
SymbolMeaningUnit
kuCritical gain Ku (P where loop oscillates)—
tuOscillation period Tu (one full cycle)s
typeRegulator type—
=Proportional gain Kp—
=Integraltid Ti (0 = ikke i brug)s
=Differentialtid Td (0 = ikke i brug)s
=Integralforstærkning Ki = Kp / Ti (parallel form)1/s
=Proportional band (100 / Kp)%

Validity and source

Source
Ziegler & Nichols (1942), oscillation method · technical appendix: regulation technology and instrumentation

Does not apply when

  • Ziegler-Nichols aims for quarter damping: each oscillation is approx. one quarter of the previous one. It is an aggressive setting with clear overshoot. It is a starting point, not the end result. The oscillation test may only be carried out where the process can tolerate oscillation, and where safety functions are independent of the regulation. Check in the controller's manual whether it uses Ti in seconds or minutes, and whether it is serial or parallel.

Worked example

The calculator's own default values inserted. The figures are calculated with exactly the formula the tool uses.

Substituted

  • Critical gain Ku (P where loop oscillates)4
  • Oscillation period Tu (one full cycle)20 s
  • Regulator type3

Giver

  • Proportional gain Kp2.40
  • Integraltid Ti (0 = ikke i brug)10.00 s
  • Differentialtid Td (0 = ikke i brug)2.50 s
  • Integralforstærkning Ki = Kp / Ti (parallel form)0.240 1/s
  • Proportional band (100 / Kp)41.7 %

The calculator itself is locked

Create a free user account to unlock all articles, calculators, templates and range — and get access to quizzes and classes. It takes less than a minute: name, email and a password. No payment card.

Want to try something first? See what you can use without an account — the junior zone, the encyclopedia, the videos and more.

Sådan bruger du den

Når en temperatur-, tryk- eller niveauregulering svinger eller er for langsom, og du ikke har en indstilling at starte fra, giver Ziegler-Nichols et udgangspunkt. Du finder den kritiske forstærkning ved forsøg og lader beregneren lave den om til Kp, Ti og Td.

Step by step

  1. Sæt regulatoren i P-drift: slå I og D fra (Ti meget stor, Td = 0).
  2. Skru Kp op i små trin, til procesværdien svinger med konstant amplitude. Det er Ku.
  3. Mål tiden for én hel svingning med trend-kurven. Det er Tu.
  4. Vælg regulatortype, og læs Kp, Ti og Td.
  5. Sæt værdierne ind, og finjustér: ofte skal Kp lidt ned for at få mindre oversving.

Typical errors

  • At lave svingningsforsøget på en proces, der ikke tåler at svinge, eller hvor sikkerheden afhænger af reguleringen.
  • At blande Ti i sekunder og minutter. Tjek regulatorens manual.
  • At bruge D-led på et støjfyldt signal, fx et flow. Det får ventilen til at ryste.
  • At tro, at Ziegler-Nichols er den endelige indstilling. Den er aggressiv og giver typisk tydeligt oversving.

Examples from everyday life

Temperatur på en varmeveksler

Fremløbstemperaturen fra en varmeveksler reguleres med en motorventil. Sløjfen svinger stabilt ved Kp = 4, og en svingning tager 120 s. Du vil bruge en PI-regulator.

Critical gain Ku (P where loop oscillates)
4
Oscillation period Tu (one full cycle)
120 s
Regulator type
PI

It means: Start med Kp = 1.8 og Ti = 100 s. Bruger regulatoren proportionalbånd, er det 55.6 %.

Tryk på en pumpe med frekvensomformer

En pumpe holder et konstant tryk. Sløjfen svinger ved Kp = 2,5 med en periode på 6 s.

Critical gain Ku (P where loop oscillates)
2.5
Oscillation period Tu (one full cycle)
6 s
Regulator type
PI

It means: Start med Kp = 1.13 og Ti = 5 s. Trykreguleringer er hurtige, så hold D ude.

PID på en position

En positionsregulering svinger ved Kp = 4 med en periode på 20 s, og du vil prøve med D-led.

Critical gain Ku (P where loop oscillates)
4
Oscillation period Tu (one full cycle)
20 s
Regulator type
PID

It means: Ziegler-Nichols giver Kp = 2.4, Ti = 10 s og Td = 2.5 s. I parallel form er Ki = 0.24 1/s.

Rule of thumb

PI: Kp knap halvdelen af Ku, Ti lidt under Tu. PID: Kp 0,6 × Ku, Ti halvdelen af Tu, Td en ottendedel.

How to check the answer

Lav et lille sætpunktsspring efter indstillingen. Procesværdien skal falde til ro efter få svingninger, hvor hver er tydeligt mindre end den forrige.