【控制工程】PID控制的原理和特点
目录
PID控制器简介
1.比例调节P
2.积分调节I
3.比例积分调节PI
4. 比例微分PD
5. PID控制
- 比例控制P是最基本的控制,在整个过程中均起作用,微分D控制在前期起作用,积分控制I在后期起作用
- PD调节器作用下系统的动态偏差最小,由于有微分作用,可使比例增益增大,调节时间大大缩短,但因无积分作用,系统仍有余差,只是比例增益增大,余差只是比例调节的一半左右。
- PID调节,系统动态最大偏差比PD调节稍差,但由于积分作用,系统无余差,但由于积分作用,使系统的振荡周期增长了。可对积分项限幅,PID输出限幅。
6. 数字式PID控制器的实现
(1)位置式PID
位置式PID的特点:比例部分输入为目标值和实际值的差值。
其中为PID的输入,是设定值与实际值的差,为PID的输出,此式中即控制量。
(2)增量式PID
增量式PID的特点:比例部分输入为 上次目标值和实际值的差值 和 本次目标值和实际值的差值 的差值。
(3)速度式PID
增量式PID控制算法的应用最为广泛。位置式PID存在积分饱和现象,但是增量式PID和速度式不会出现积分饱和,即使偏差长期存在,每次的输出是限幅的,不会超过上下限,执行器达不到极限位置。
7.改进式PID:
在理想PID 控制算法中,积分的主要目的是为了消除静差,提高系统的控制精度。但在过程的启停或大幅度增减设定值时,由于短时间内出现的大偏差,会造成PID 算法的积分累积,引起系统较大的超调,甚至导致系统大的振荡,为此,可采用积分分离PID控制算法。当系统的偏差较大时,取消积分作用,一面由于积分作用使系统的稳定性降低,超调量增大,直至偏差小于一定值后,才引入积分控制,以消除系统的静差,提高系统的控制精度。
在计算u(k)时,首先要判断上一时刻的控制量u(k-1)是否已超出限制范围,若u(k)>u(max),则只累加负偏差,否则只累加正偏差,这样可以避免控制量长时间停留在饱和区。
理想PID 控制算法中积分的作用是消除余差。为减小余差,应提高积分项的运算精度,为此可将矩形积分改为梯形积分。
在理想PID控制算法中,由于积分系数Ki是常数,所以系统在整个过程中,积分增量不变。而系统对积分项的要求是,系统偏差大时积分作用应减弱甚至消除,而在偏差小时积分作用应加强。变速积分PID控制的思想是设法改变积分项的累加速度,使其与偏差大小相对应:偏差越大,积分越慢;偏差越小,积分越快。
微分可以改善系统的动态特性,但同时也容易引起高频干扰,在偏差信号突变时尤其显出微分的不足。微分先行PID控制的思想是只对系统的输出变量y进行微分,而对给定值r不进行微分。这样的话,在改变给定值时,由于输出变化比较缓和,所以不致引起系统较大的振荡。
针对y,为标准的PID运算,针对r,仅仅为积分运算。
一旦计算出的控制量u(k)进入饱和区,一方面对输出量输出值限幅;另一方面增加判别程序,算法中只执行削弱积分饱和项的积分运算,而停止增大积分饱和项的运算。在控制精度要求不高的场合,能减少由于频繁动作引起的振荡和能量消耗。
8.PID整定
在PID控制中,比例度过小时,即比例放大系数过大时,比例控制作用很强,系统有可能产生振荡;积分时间常数过小时,积分控制作用很强,易引起振荡;微分时间常数过大时,微分控制作用过强,易产生振荡。另外,比例作用是最基本的控制作用,积分作用消除余差,微分作用预测控制,但对高频噪声不利。
整定参数:比例度&、积分时间常数Ti、微分时间常数TD、采样周期
整定方法:现场试凑法、动态特性参数法、临