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PID控制器

CECwiki  发表于 2009/3/27 16:53:28      3306 查看 9 回复  [上一主题]  [下一主题]

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  PID控制器(比例-积分-微分控制器,P表示比例,用I表示积分,用D表示微分),是工业控制应用中常见的反馈回路部件,可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值。


  构成
  1)比例环节:即时成比例地反应控制系统的偏差信号,偏差一旦产生,调节器立即产生控制作用以减小偏差。
  2)积分环节:主要用于消除静差,提高系统的无差度。积分时间常数TI越大,积分作用越弱,反之则越强。
  3)微分环节:能反应偏差信号的变化趋势,在偏差信号的值变得很大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的响应速度,减小调节时间。


  调节PID理论方法(参数整定)
  PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。
  PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:
  一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改。
  二是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下:(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作;(2)仅加入比例控制环节,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡,记下这时的比例放大系数和临界振荡周期;(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。


  调节PID具体方法
  1、调比例
  关掉积分作用和微分作用。令Ti=最大值,Td=0秒,将比例P由大往小调达到响应快,但又不振荡。
  2、调积分
  Ti由大往小调,以响应快,消除静差,又超调,或有少量超调也可以。积分应考虑与系统惯性时间常数相匹配。一般Ti值和惯性时间差不多。
  3、调微分
  一般的系统Ti=0---2。只有部分滞后较大的系统,D值才可能调大些。PID参数修改后,可以少量修改给定值,观察系统的跟踪响应,以判断PID参数是否合适。在实际的调试过程中应谨记:PB值太小,I值太小或D值太大均会引起系统超调振荡。对于个别系统,如加温快降温慢,或升压快降压慢,或液位升得快降得慢等不平衡系统是很难控制的,更难兼顾动态指标,只能将P调大些,I值也调大些,牺牲动态指标来保证稳态指标。


  附录


  PID参数调整口诀
  参数整定找最佳,从小到大顺序查。
  先是比例后积分,最后再把微分加。
  曲线振荡很频繁,比例度盘要放大。
  曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳。
  曲线偏离回复慢,积分时间往下降。
  曲线波动周期长,积分时间再加长。
  曲线振荡频率快,先把微分降下来。
  动差大来波动慢,微分时间应加长。
  理想曲线两个波,前高后低四比一。
  一看二调多分析,调节质量不会低。

PID控制器(比例-积分-微分控制器),是工业控制应用中常见的反馈回路部件,可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值。

 

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  • goldjack

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    goldjack   发表于 2009/3/20 22:23:50

    1)比例环节:即时成比例地反应控制系统的偏差信号偏差一旦产生,调节器立即产生控制作用以减小偏差。


    2)积分环节:主要用于消除静差,提高系统的无差度。积分时间常数TI越大,积分作用越弱,反之则越强。


    3)微分环节:能反应偏差信号的变化趋势在偏差信号的值变得很大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的响应速度,减小调节时间。

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    引用 goldjack 2009/3/20 22:23:50 发表于2楼的内容

  • jiang_0514

    jiang_0514   |   当前状态:在线

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    jiang_0514   发表于 2009/3/21 9:14:28

    一种工业控制方式,目前常用的控制器主要有四种控制规律;

      比例控制规律(控制器数学模型G(s)=K)

      比例积分控制规律(控制器数学模型G(S)=比例+积分)

      比例微分控制规律(控制器数学模型G(S)=比例+微分)

      比例积分微分控制规律(控制器数学模型G(S)=比例+微分+积分),经常用P表示比例,用I表示积分,用D表示微分,故而最后一种控制器就是PID控制器.
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    引用 jiang_0514 2009/3/21 9:14:28 发表于3楼的内容

  • jiang_0514

    jiang_0514   |   当前状态:在线

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    jiang_0514   发表于 2009/3/21 9:15:54


    在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。PID控制,实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
    比例(P)控制
    比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。
    积分(I)控制
    在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(System with Steady-state Error)。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
    微分(D)控制
    在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。这就是说,在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
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    引用 jiang_0514 2009/3/21 9:15:54 发表于4楼的内容

  • jiang_0514

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    jiang_0514   发表于 2009/3/21 9:16:21

    PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下:(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作;(2)仅加入比例控制环节,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡,记下这时的比例放大系数和临界振荡周期;(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。

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    引用 jiang_0514 2009/3/21 9:16:21 发表于5楼的内容

  • dongning

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    dongning   发表于 2009/3/21 10:31:38

    参数整定找最佳,从小到大顺序查  
    先是比例后积分,最后再把微分加  
    曲线振荡很频繁,比例度盘要放大  
    曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳  
    曲线偏离回复慢,积分时间往下降  
    曲线波动周期长,积分时间再加长  
    曲线振荡频率快,先把微分降下来  
    动差大来波动慢,微分时间应加长  
    理想曲线两个波,前高后低四比一 
    一看二调多分析,调节质量不会低
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    引用 dongning 2009/3/21 10:31:38 发表于6楼的内容

  • hq0769

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    hq0769   发表于 2009/3/21 19:30:09

    1、调比例


    关掉积分作用和微分作用。令Ti=最大值,Td=0秒,将比例P由大往小调达到响应快,但又不振荡。


    2、调积分


    Ti由大往小调,以响应快,消除静差,又超调,或有少量超调也可以。积分应考虑与系统惯性时间常数相匹配。一般Ti值和惯性时间差不多。


    3、调微分


    般的系统Ti=0---2。只有部分滞后较大的系统,D值才可能调大些。PID参数修改后,可以少量修改给定值,观察系统的跟踪响应,以判断PID参数是否合适。在实际的调试过程中应谨记:PB值太小,I值太小或D值太大均会引起系统超调振荡。对于个别系统,如加温快降温慢,或升压快降压慢,或液位升得快降得慢等不平衡系统是很难控制的,更难兼顾动态指标,只能将P调大些,I值也调大些,牺牲动态指标来保证稳态指标.


     

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    引用 hq0769 2009/3/21 19:30:09 发表于7楼的内容

  • lthlycyj

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    lthlycyj   发表于 2009/3/22 13:05:12

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    引用 lthlycyj 2009/3/22 13:05:12 发表于8楼的内容

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    jhealth   发表于 2009/3/27 14:35:23

    过去,现在,未来,兼顾!
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    引用 jhealth 2009/3/27 14:35:23 发表于9楼的内容

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    zhjie   发表于 2009/3/27 16:53:28

    学习了!谢谢
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    引用 zhjie 2009/3/27 16:53:28 发表于10楼的内容

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