基本PID算法和數(shù)字PID控制器.doc

《基本PID算法和數(shù)字PID控制器.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、超級(jí)實(shí)用的PID控制原理和算法（ProportionalIntegralDerivative）PID控制原理和特點(diǎn)工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制主要技術(shù)之一。其結(jié)構(gòu)框圖：當(dāng)被控對(duì)象結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或不到精確數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能有效測(cè)量手段來(lái)獲系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制

2、技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是將系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制。1、比例控制（P）：PID控制與人工控制的控制策略有很多相似的地方。例如：操作人員用比例控制的思想來(lái)手動(dòng)控制電加熱爐的爐溫。假設(shè)用熱電偶檢測(cè)爐溫，用數(shù)字儀表顯示溫度值。在控制過程中，操作人員用眼睛讀取爐溫，并與爐溫給定值比較，得到溫度的誤差值。然后用手操作電位器，調(diào)節(jié)加熱的電流，使?fàn)t溫保持在給定值附近。操作人員知道爐溫穩(wěn)定在給定值時(shí)電位器的大致位置，并根據(jù)當(dāng)時(shí)的溫度誤差值調(diào)整控制加熱電流的電位器的轉(zhuǎn)角。爐溫小于給定值時(shí)，誤差為正，增大電位器的轉(zhuǎn)角，以

3、增大加熱的電流。爐溫大于給定值時(shí)，誤差為負(fù)，減小電位器的轉(zhuǎn)角，并令轉(zhuǎn)角的大小與誤差成正比。上述控制策略就是比例控制，即PID控制器輸出中的比例部分與誤差成正比。閉環(huán)中存在著各種各樣的延遲作用。例如調(diào)節(jié)電位器轉(zhuǎn)角后，到溫度上升到新的轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值時(shí)有較大的時(shí)間延遲。由于延遲因素的存在，調(diào)節(jié)電位器轉(zhuǎn)角后不能馬上看到調(diào)節(jié)的效果，因此閉環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)困難的主要原因是系統(tǒng)中的延遲作用。??比例控制的比例系數(shù)如果太小，調(diào)節(jié)的力度不夠，使系統(tǒng)輸出量變化緩慢，調(diào)節(jié)所需的總時(shí)間過長(zhǎng)。比例系數(shù)如果過大，調(diào)節(jié)力度太強(qiáng)，將造成調(diào)節(jié)過頭，甚至使溫度忽高忽低，來(lái)回震蕩。增大比例系數(shù)使系統(tǒng)反

4、應(yīng)靈敏，調(diào)節(jié)速度加快，并且可以減小穩(wěn)態(tài)誤差。但是比例系數(shù)過大會(huì)使超調(diào)量增大，振蕩次數(shù)增加，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)性能變壞，比例系數(shù)太大甚至?xí)归]環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。（結(jié)合下圖，階躍響應(yīng)曲線說(shuō)明上述過程）圖1?階躍響應(yīng)曲線比例控制是最常用的控制手段之一，比方說(shuō)我們控制一個(gè)加熱器的恒溫100度，當(dāng)開始加熱時(shí)，離目標(biāo)溫度相差比較遠(yuǎn)，這時(shí)我們通常會(huì)加大加熱功率，使溫度快速上升，當(dāng)溫度超過100度時(shí)，我們則關(guān)閉輸出，通常我們會(huì)使用這樣一個(gè)函數(shù)：e(t)=R-y(t)R——設(shè)定值；e(t)——誤差值；y(t)——反饋值，也是系統(tǒng)的輸出量u(t)——控制器的輸出值；P——比例系數(shù)滯后性不

5、是很大的控制對(duì)象使用比例控制方式就可以滿足控制要求，但很多被控對(duì)象中因?yàn)橛袦笮浴Ｒ簿褪钦f(shuō)，如果設(shè)定溫度是200℃，當(dāng)采用比例方式控制時(shí)，如果P選擇比較大，則會(huì)出現(xiàn)當(dāng)溫度達(dá)到200℃時(shí)，控制器輸出為0后，溫度仍然會(huì)止不住的向上爬升，比如升至230℃（這種現(xiàn)象稱為“超調(diào)”），然后才開始下降，當(dāng)溫度低于200℃繼續(xù)回落，盡管這時(shí)輸出開始出力加熱，但溫度仍然會(huì)向下跌落一定的溫度才會(huì)止跌回升，比如降至170℃，最后整個(gè)系統(tǒng)會(huì)穩(wěn)定在一定的圍進(jìn)行振蕩。如果這個(gè)振蕩的幅度是允許的，比方說(shuō)家用電器的控制，那則可以選用比例控制。2、比例積分控制（PI）：積分的存在是針對(duì)比例控制中“

6、有差值”和“振蕩”的特點(diǎn)提出的改進(jìn)，它常與比例一塊進(jìn)行控制，也就是PI控制。其公式有很多種，但大多差別不大，標(biāo)準(zhǔn)公式如下：；；u(t)——控制器的輸出；Kp——比例放大系數(shù)；Ki——積分放大系數(shù)e(t)——誤差，∑e(t)就是誤差的累加（累積），積分！u0——控制量基準(zhǔn)值（基礎(chǔ)偏差）積分項(xiàng)是一個(gè)歷史誤差的累積值，如果只用比例控制時(shí)，要不就是達(dá)不到設(shè)定值要不就是振蕩，在使用了積分項(xiàng)后就可以解決達(dá)不到設(shè)定值的靜態(tài)誤差問題，比方說(shuō)一個(gè)控制中使用了PI控制后，如果存在靜態(tài)誤差，輸出始終達(dá)不到設(shè)定值，這時(shí)積分項(xiàng)的誤差累加值會(huì)越來(lái)越大，這個(gè)累加值乘上Ki后會(huì)在輸出的比重中越占

7、越多，使輸出u(t)越來(lái)越大，最終達(dá)到消除靜態(tài)誤差的目的。如果積分項(xiàng)的系數(shù)設(shè)置得不好，其負(fù)面作用很難通過積分作用本身迅速地修正。而比例控制沒有延遲，只要誤差一出現(xiàn)，比例部分就會(huì)立即起作用。因此積分作用很少單獨(dú)使用，它一般與比例和微分聯(lián)合使用，組成PI或PID控制器。??PI控制的參數(shù)整定方法：1、先將I值設(shè)為0，將P值放至比較大，當(dāng)出現(xiàn)穩(wěn)定振蕩時(shí)，我們?cè)贉p小P值直到P值不振蕩或者振蕩很小為止（術(shù)語(yǔ)叫臨界振蕩狀態(tài)），在有些情況下，我們還可以在些P值的基礎(chǔ)上再加大一點(diǎn)。2、加大I值，直到輸出達(dá)到設(shè)定值為止。3、等系統(tǒng)冷卻后，再重上電，看看系統(tǒng)的超調(diào)是否過大，加熱速度是

8、否太慢。通