PID控制原理

摘自：

在工程實際中，應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱pid控制，又稱pid調節。pid控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制的主要技術之一。當被控物件的結構和引數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其它技術難以採用時，系統控制器的結構和引數必須依靠經驗和現場除錯來確定，這時應用pid控制技術最為方便。即當我們不完全了解乙個系統和被控物件，或不能通過有效的測量手段來獲得系統引數時，最適合用pid控制技術。pid控制，實際中也有pi和pd控制。pid控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。

比例（p）控制

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）。

積分（i）控制

在積分控制中，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。

微分（d）控制

在微分控制中，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的作用的變化「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」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+微分(pd)控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。

5、pid控制器的引數整定

pid控制器的引數整定是控制系統設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定pid控制器的比例係數、積分時間和微分時間的大小。pid控制器引數整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據系統的數學模型，經過理論計算確定控制器引數。這種方法所得到的計算資料未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經驗，直接在控制系統的試驗中進行，且方法簡單、易於掌握，在工程實際中被廣泛採用。pid控制器引數的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然後按照工程經驗公式對控制器引數進行整定。但無論採用哪一種方法所得到的控制器引數，都需要在實際執行中進行最後調整與完善。現在一般採用的是臨界比例法。利用該方法進行 pid控制器引數的整定步驟如下：(1)首先預選擇乙個足夠短的取樣週期讓系統工作；(2)僅加入比例控制環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振盪，記下這時的比例放大係數和臨界振盪週期；(3)在一定的控制度下通過公式計算得到pid控制器的引數。

在實際除錯中，只能先大致設定乙個經驗值，然後根據調節效果修改。

對於溫度系統：p（%）20--60，i（分）3--10，d（分）0.5--3

對於流量系統：p（%）40--100，i（分）0.1--1

對於壓力系統：p（%）30--70，i（分）0.4--3

對於液位系統：p（%）20--80，i（分）1--5

引數整定找最佳，從小到大順序查

先是比例後積分，最後再把微分加

曲線振盪很頻繁，比例度盤要放大

曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳

曲線偏離回覆慢，積分時間往下降

曲線波動周期長，積分時間再加長

曲線振盪頻率快，先把微分降下來

動差大來波動慢。微分時間應加長

理想曲線兩個波，前高後低4比1

一看二調多分析，調節質量不會

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