PID的基本知識(shí)大全

ID:164146 · 發(fā)表于 2019-4-17 09:52

( 1 ) 比例的作用
比例作用的引入是為了及時(shí) 但是在接近穩(wěn)態(tài)區(qū)域時(shí)，如果比例系數(shù)選擇過大，則會(huì)導(dǎo)致過大的超調(diào)，甚至可能帶來系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

   ( 2 ) 積分的作用
   積分作用的引入主要是為了保證輸出值y ( t ) 在穩(wěn)態(tài)時(shí) 對(duì)設(shè)定值r ( t ) 的無靜差跟蹤。積分作用的引入，能消除系統(tǒng)靜差，但是在系統(tǒng)響應(yīng)過渡過程的初期，一般偏差比較大，如果不選取適當(dāng)?shù)姆e分系數(shù)，就可能使系統(tǒng)相應(yīng)過程出現(xiàn)較大的超調(diào)或者引起積分飽和現(xiàn)象。
   ( 3 ) 微分的作用
   微分作用的引入主要是為了改善閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。因?yàn)槲⒎窒禂?shù)主要是影響系統(tǒng)誤差變化速率的，它主要是在系統(tǒng)相應(yīng)過程中當(dāng)誤差向某個(gè)方向變化時(shí)起制動(dòng)作用，提前預(yù)報(bào)誤差的變化方向，能有效地減小超調(diào)。但是如果微分系數(shù)過大，就會(huì)使阻尼過大，導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間過長(zhǎng)。

1/mydelay or

ui=myadd(0)*a+myadd(-1)*b

比例積分和微分

微分除掉剩下PI.

ui=myadd(0)*a+myadd(-1)*b

PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。

三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。

現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：

(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作﹔

(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期﹔

(3)在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。

　　PID參數(shù)的設(shè)定：是靠經(jīng)驗(yàn)及工藝的熟悉，參考測(cè)量值跟蹤與設(shè)定值曲線，從而調(diào)整P\I\D的大小。
　　PID控制器參數(shù)的工程整定,各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中P.I.D參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以下可參照：
　　溫度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s
　　壓力P: P=30~70%,T=24~180s,
　　液位L: P=20~80%,T=60~300s,
　　流量L: P=40~100%,T=6~60s。
　　書上的常用口訣：
　　參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查
　　先是比例后積分，最后再把微分加
　　曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大
　　曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳
　　曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降
　　曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng)
　　曲線振蕩頻率快，先把微分降下來
　　動(dòng)差大來波動(dòng)慢。微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)
　　理想曲線兩個(gè)波，前高后低4比1
　　一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低

利用Ziegler-Nichols方法進(jìn)行PID參數(shù)設(shè)置

在實(shí)際應(yīng)用中，我們盡量避免使用高深復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式，希望能使經(jīng)驗(yàn)法更多的發(fā)揮能力，這樣既可以節(jié)省很多時(shí)間，也可以通過經(jīng)驗(yàn)的傳授使更多的工程師或工人可以掌握一種簡(jiǎn)單有效的方法來進(jìn)行PID控制器的調(diào)節(jié)。

傳統(tǒng)的PID經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)大體分為以下幾步：

1．關(guān)閉控制器的I和D元件，加大P元件，使產(chǎn)生振蕩。

2．減小P，使系統(tǒng)找到臨界振蕩點(diǎn)。

3．加大I，使系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定值。

4．重新上電，觀察超調(diào)、振蕩和穩(wěn)定時(shí)間是否符合系統(tǒng)要求。

5．針對(duì)超調(diào)和振蕩的情況適當(dāng)增加微分項(xiàng)。

以上5個(gè)步驟可能是大家在調(diào)節(jié)PID控制器時(shí)的普遍步驟，但是在尋找合時(shí)的I和D參數(shù)時(shí)，并非易事。如果能夠根據(jù)經(jīng)典的Ziegler-Nichols（ZN法）公式來初步確定I和D元件的參數(shù)，會(huì)對(duì)我們的調(diào)試起到很大幫助。

John Ziegler和Nathaniel Nichols發(fā)明了著名的回路整定技術(shù)使得PID算法在所有應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的反饋控制策略中是最常用的。Ziegler-Nichols整定技術(shù)是1942年第一次發(fā)表出來，直到現(xiàn)在還被廣泛地應(yīng)用著。

所謂的對(duì)PID回路的“整定”就是指調(diào)整控制器對(duì)實(shí)際值與設(shè)定值之間的誤差產(chǎn)生的反作用的積極程度。如果正巧控制過程是相對(duì)緩慢的話，那么PID算法可以設(shè)置成只要有一個(gè)隨機(jī)的干擾改變了過程變量或者一個(gè)操作改變了設(shè)定值時(shí)，就能采取快速和顯著的動(dòng)作。
　　相反地，如果控制過程對(duì)執(zhí)行器是特別地靈敏而控制器是用來操作過程變量的話，那么PID算法必須在比較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)應(yīng)用更為保守的校正力。回路整定的本質(zhì)就是確定對(duì)控制器作用產(chǎn)生的過程反作用的積極程度和PID算法對(duì)消除誤差可以提供多大的幫助。

經(jīng)過多年的發(fā)展，Ziegler-Nichols方法已經(jīng)發(fā)展成為一種在參數(shù)設(shè)定中，處于經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算法之間的中間方法。這種方法可以為控制器確定非常精確的參數(shù)，在此之后也可進(jìn)行微調(diào)。

Ziegler-Nichols方法分為兩步：

1．構(gòu)建閉環(huán)控制回路，確定穩(wěn)定極限。

2．根據(jù)公式計(jì)算控制器參數(shù)。

穩(wěn)定極限是由P元件決定的。當(dāng)出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)振蕩時(shí)就達(dá)到了這個(gè)極限。產(chǎn)生了臨界系數(shù)Kpcrit和臨界振蕩周期Tcrit。