1.比例部分:pid是比例、積分、微分的簡稱,pid控制的難點不是程式設計,而是控制器的引數整定。
增大比例係數使系統反應靈敏,調節速度加快,並且可以減小穩態誤差。但是比例係數過大會使超調量增大,振盪次數增加,調節時間加長,動態效能變壞,比例係數太大甚至會使閉環系統不穩定。
單純的比例控制很難保證調節得恰到好處,完全消除誤差。
2.積分部分;積分控制相當於根據當時的誤差值,周期性地微調電位器的角度,每次調節的角度增量值與當時的誤差值成正比。溫度低於設定值時誤差為正,積分項增大,使加熱電流逐漸增大,反之積分項減小。因此只要誤差不為零,控制器的輸出就會因為積分作用而不斷變化。積分調節的「大方向」是正確的,積分項有減小誤差的作用。一直要到系統處於穩定狀態,這時誤差恒為零,比例部分和微分部分均為零,積分部分才不再變化,並且剛好等於穩態時需要的控制器的輸出值,
因此積分部分的作用是消除穩態誤差,提高控制精度,積分作用一般是必須的。
3.微分部分;閉環控制系統的振盪甚至不穩定的根本原因在於有較大的滯後因素。因為微分項能**誤差變化的趨勢,這種「超前」的作用可以抵消滯後因素的影響。適當的微分控制作用可以使超調量減小,增加系統的穩定性。對於有較大的滯後特性的被控物件,如果pi控制的效果不理想,可以考慮增加微分控制,以改善系統在調節過程中的動態特性。如果將微分時間設定為0,微分部分將不起作用。
微分控制的缺點是對干擾雜訊敏感,使系統抑制干擾的能力降低。為此可在微分部分增加慣性濾波環節。
4.pid引數的調整方法:在整定pid控制器引數時,可以根據控制器的引數與系統動態效能和穩態效能之間的定性關係,用實驗的方法來調節控制器的引數。有經驗的除錯人員一般可以較快地得到較為滿意的除錯結果。在除錯中最重要的問題是在系統效能不能令人滿意時,知道應該調節哪乙個引數,該引數應該增大還是減小。
為了減少需要整定的引數,首先可以採用pi控制器。為了保證系統的安全,在除錯開始時應設定比較保守的引數,例如比例係數不要太大,積分時間不要太小,以避免出現系統不穩定或超調量過大的異常情況。給出乙個階躍給定訊號,根據被控量的輸出波形可以獲得系統效能的資訊,例如超調量和調節時間。應根據pid引數與系統效能的關係,反覆調節pid的引數。
如果階躍響應的超調量太大,經過多次振盪才能穩定或者根本不穩定,應減小比例係數、增大積分時間。如果階躍響應沒有超調量,但是被控量上公升過於緩慢,過渡過程時間太長,應按相反的方向調整引數。
如果消除誤差的速度較慢,可以適當減小積分時間,增強積分作用。
反覆調節比例係數和積分時間,如果超調量仍然較大,可以加入微分控制,微分時間從0逐漸增大,反覆調節控制器的比例、積分和微分部分的引數。
總之,pid引數的除錯是乙個綜合的、各引數互相影響的過程,實際除錯過程中的多次嘗試是非常重要的,也是必須的。
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