時(shí)間:2018-08-13 14:50:11來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
(一)PID基本概述:
1,PID是一個(gè)閉環(huán)控制算法。因此要實(shí)現(xiàn)PID算法,必須在硬件上具有閉環(huán)控制,就是得有反饋。比如控制一個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,就得有一個(gè)測(cè)量轉(zhuǎn)速的傳感器,并將結(jié)果反饋到控制路線上,下面也將以轉(zhuǎn)速控制為例。
2,PID是比例(P)、積分(I)、微分(D)控制算法。但并不是必須同時(shí)具備這三種算法,也可以是PD,PI,甚至只有P算法控制。我以前對(duì)于閉環(huán)控制的一個(gè)最樸素的想法就只有P控制,將當(dāng)前結(jié)果反饋回來(lái),再與目標(biāo)相減,為正的話,就減速,為負(fù)的話就加速?,F(xiàn)在知道這只是最簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制算法。
3,比例(P)、積分(I)、微分(D)控制算法各有作用:
比例,反應(yīng)系統(tǒng)的基本(當(dāng)前)偏差e(t),系數(shù)大,可以加快調(diào)節(jié),減小誤差,但過(guò)大的比例使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定;
積分,反應(yīng)系統(tǒng)的累計(jì)偏差,使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差,提高無(wú)差度,因?yàn)橛姓`差,積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行,直至無(wú)誤差;
微分,反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率e(t)-e(t-1),具有預(yù)見(jiàn)性,能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì),產(chǎn)生超前的控制作用,在偏差還沒(méi)有形成之前,已被微分調(diào)節(jié)作用消除,因此可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。但是微分對(duì)噪聲干擾有放大作用,加強(qiáng)微分對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。
積分和微分都不能單獨(dú)起作用,必須與比例控制配合。
4,控制器的P,I,D項(xiàng)選擇:根據(jù)實(shí)際的目標(biāo)系統(tǒng)調(diào)試出最佳的PID參數(shù)。
(二)常用控制規(guī)律的特點(diǎn):
1、比例控制規(guī)律P:采用P控制規(guī)律能較快地克服擾動(dòng)的影響,它的作用于輸出值較快,但不能很好穩(wěn)定在一個(gè)理想的數(shù)值,不良的結(jié)果是雖較能有效的克服擾動(dòng)的影響,但有余差出現(xiàn)。它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、控制要求不高、被控參數(shù)允許在一定范圍內(nèi)有余差的場(chǎng)合。如:水泵房冷、熱水池水位控制;油泵房中間油罐油位控制等。
2、比例積分控制規(guī)律(PI):在工程中比例積分控制規(guī)律是應(yīng)用最廣泛的一種控制規(guī)律。積分能在比例的基礎(chǔ)上消除余差,它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控參數(shù)不允許有余差的場(chǎng)合。如:流量控制系統(tǒng);油泵房供油管流量控制系統(tǒng);溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。
3、比例微分控制規(guī)律(PD):微分具有超前作用,對(duì)于具有容量滯后的控制通道,引入微分參與控制,在微分項(xiàng)設(shè)置得當(dāng)?shù)那闆r下,對(duì)于提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo),有著顯著效果。因此,對(duì)于控制通道的時(shí)間常數(shù)或容量滯后較大的場(chǎng)合,為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,減小動(dòng)態(tài)偏差等可選用比例微分控制規(guī)律。如:加熱型溫度控制、成分控制。需要說(shuō)明一點(diǎn),對(duì)于那些純滯后較大的區(qū)域里,微分項(xiàng)是無(wú)能為力,而在測(cè)量信號(hào)有噪聲或周期性振動(dòng)的系統(tǒng),則也不宜采用微分控制。如:大窯玻璃液位的控制。
4、例積分微分控制規(guī)律(PID):PID控制規(guī)律是一種較理想的控制規(guī)律,它在比例的基礎(chǔ)上引入積分,可以消除余差,再加入微分作用,又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它適用于控制通道時(shí)間常數(shù)或容量滯后較大、控制要求較高的場(chǎng)合。如溫度控制、成分控制等。鑒于D規(guī)律的作用,我們還必須了解時(shí)間滯后的概念,時(shí)間滯后包括容量滯后與純滯后。其中容量滯后通常又包括:測(cè)量滯后和傳送滯后。測(cè)量滯后是檢測(cè)元件在檢測(cè)時(shí)需要建立一種平衡,如熱電偶、熱電阻、壓力等響應(yīng)較慢產(chǎn)生的一種滯后。而傳送滯后則是在傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備產(chǎn)生的一種控制滯后。純滯后是相對(duì)與測(cè)量滯后的,在工業(yè)上,大多的純滯后是由于物料傳輸所致,如:大窯玻璃液位,在投料機(jī)動(dòng)作到核子液位儀檢測(cè)需要很長(zhǎng)的一段時(shí)間??傊?,控制規(guī)律的選用要根據(jù)過(guò)程特性和工藝要求來(lái)選取,決不是說(shuō)PID控制規(guī)律在任何情況下都具有較好的控制性能,不分場(chǎng)合都采用是不明智的。如果這樣做,只會(huì)給其它工作增加復(fù)雜性,并給參數(shù)整定帶來(lái)困難。當(dāng)采用PID控制器還達(dá)不到工藝要求,則需要考慮其它的控制方案。如串級(jí)控制、前饋控制、大滯后控制等。
5,公式:
數(shù)值pid的計(jì)算:
6,問(wèn)題。Kp,Ti,Td三個(gè)參數(shù)的設(shè)定是PID控制算法的關(guān)鍵問(wèn)題。一般說(shuō)來(lái)編程時(shí)只能設(shè)定他們的大概數(shù)值,并在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)通過(guò)反復(fù)調(diào)試來(lái)確定最佳值。因此調(diào)試階段程序須得能隨時(shí)修改和記憶這三個(gè)參數(shù)。
7,參數(shù)的自整定。在某些應(yīng)用場(chǎng)合,比如通用儀表行業(yè),系統(tǒng)的工作對(duì)象是不確定的,不同的對(duì)象就得采用不同的參數(shù)值,沒(méi)法為用戶設(shè)定參數(shù),就引入?yún)?shù)自整定的概念。實(shí)質(zhì)就是在首次使用時(shí),通過(guò)N次測(cè)量為新的工作對(duì)象尋找一套參數(shù),并記憶下來(lái)作為以后工作的依據(jù)。
8,pid算法流程圖:
(三)PID參數(shù)調(diào)整口訣:
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(pán)要放大曲線漂浮繞大灣,比例度盤(pán)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(lái)動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢。微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)理想曲線兩個(gè)波,前高后低四比一一看二調(diào)多分析,調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低
若要反應(yīng)增快,增大P減小I
若要反應(yīng)減慢,減小P增大I
如果比例太大,會(huì)引起系統(tǒng)震蕩
如果積分太大,會(huì)引起系統(tǒng)遲鈍
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