白話PID控制

2021-05-28 03:13:16 字數 1232 閱讀 6802

控制模型:人以pid控制的方式用水壺往水杯裡倒印有刻度的半杯水後停下;

設定值:水杯的半杯刻度;

實際值:水杯的實際水量;

輸出值:水壺的倒處數量和水杯舀出水量;

測量感測器:人的眼睛

執行物件:人

正執行:倒水

反執行:舀水

1、p  比例控制,就是人看到水杯裡水量沒有達到水杯的半杯刻度,就按照一定水量從水壺裡王水杯裡倒水或者水杯的水量多過刻度,就以一定水量從水杯裡舀水出來,這個乙個動作可能會造成不到半杯或者多了半杯就停下來。

說明:p比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差訊號成比例關係。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差(steady-state error)。

2、pi 積分控制,就是按照一定水量往水杯裡倒,如果發現杯裡的水量沒有刻度就一直倒,後來發現水量超過了半杯,就從杯裡往外面舀水,然後反覆不夠就倒水,多了就舀水,直到水量達到刻度。

說明:在積分i控制中,控制器的輸出與輸入誤差訊號的積分成正比關係。對乙個自動控制系統,如果在進入穩態後存在穩態誤差,則稱這個控制系統是有穩態誤差的或簡稱有差系統(system with steady-state error)。為了消除穩態誤差,在控制器中必須引入「積分項」。積分項對誤差取決於時間的積分,隨著時間的增加,積分項會增大。這樣,即便誤差很小,積分項也會隨著時間的增加而加大,它推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小,直到等於零。因此,比例+積分(pi)控制器,可以使系統在進入穩態後無穩態誤差。

3、pid 微分控制,就是人的眼睛看著杯裡水量和刻度的距離,當差距很大的時候,就用水壺大水量得倒水,當人看到水量快要接近刻度的時候,就減少水壺的得出水量,慢慢的逼近刻度,直到停留在杯中的刻度。如果最後能精確停在刻度的位置,就是無靜差控制;如果停在刻度附近,就是有靜差控制。

說明:在微分控制d中,控制器的輸出與輸入誤差訊號的微分(即誤差的變化率)成正比關係。

自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振盪甚至失穩,其原因是由於存在有較大慣性元件(環節)或有滯後(delay)元件,具有抑制誤差的作用,其變化總是落後於誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差作用的變化「超前」,即在誤差接近零時,抑制誤差的作用就應該是零。這就是說,在控制器中僅引入「比例p」項往往是不夠的,比例項的作用僅是放大誤差的幅值,而目前需要增加的是「微分項」,它能**誤差變化的趨勢。這樣,具有比例+微分的控制器,就能夠提前使抑制誤差的控制作用等於零,甚至為負值,從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯後的被控物件,比例p+積分i+微分d(pid)控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。

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