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信號成比例關系,。
當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-state error)。
2 積分(I)控制在積分控制中,,控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。
對一個自動控制系統(tǒng),,如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,,則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)(System with Steady-state Error)。
為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,,在控制器中必須引入“積分項”。
積分項對誤差取決于時間的積分,,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(wěn)態(tài)誤差減小,,直到等于零,。
比例+積分(PI)控制器,可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差,。
3 微分(D)控制在微分控制中,,控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關系。
自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn),。
其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))或有滯后(delay)組件,,具有抑制誤差的作用,其變化總是落后于誤差的變化,。
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”,,它能預測誤差變化的趨勢,,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于零,,甚至為負值,從而避免了被控量的嚴重超調(diào),。
對有較大慣性或滯后的被控對象,,比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。
在PID參數(shù)進行整定時如果能夠有理論的方法確定PID參數(shù)當然是最理想的方法,,在實際的應用中,,更多的是通過湊試法來確定PID的參數(shù)。
增大比例系數(shù)P一般將加快系統(tǒng)的響應,,在有靜差的情況下有利于減小靜差,,過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有比較大的超調(diào),并產(chǎn)生振蕩,,使穩(wěn)定性變壞,。
增大積分時間I有利于減小超調(diào),減小振蕩,,使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加,,系統(tǒng)靜差消除時間變長。
增大微分時間D有利于加快系統(tǒng)的響應速度,,使系統(tǒng)超調(diào)量減小,,穩(wěn)定性增加,但系統(tǒng)對擾動的抑制能力減弱,。
在測試時,,可參考以上參數(shù)對系統(tǒng)控制過程的影響趨勢,對參數(shù)調(diào)整實行先比例,、后積分,,再微分的整定步驟。
2PID控制器參數(shù)整定的方法PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設計的核心內(nèi)容,。
它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù),、積分時間和微分時間的大小。
PID控制器參數(shù)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(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型,經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。
這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用,,還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改,;二是工程整定方法。
它主要依賴工程經(jīng)驗,,直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行,,且方法簡單、易于掌握,,在工程實際中被廣泛采用,。
PID控制器參數(shù)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,,按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定,。
但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù),都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善,。
現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法,。
利用該方法進行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下:(1)預選擇一個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)對輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振蕩,,記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期;(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù),。
PID參數(shù)的設定:是靠經(jīng)驗及工藝的熟悉,,參考測量值跟蹤與設定值曲線,從而調(diào)整P,、I、D的大小,。
常用口訣:參數(shù)整定找zuijia,,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;曲線偏離回復慢,,積分時間往下降,;曲線波動周期長,積分時間再加長;個人認為PID參數(shù)的設置的大小,,一方面是要根據(jù)控制對象的具體情況而定,;另一方面是經(jīng)驗。
P是解決幅值震蕩,,P大了會出現(xiàn)幅值震蕩的幅度大,,但震蕩頻率小,系統(tǒng)達到穩(wěn)定時間長,;I是解決動作響應的速度快慢的,,I大了響應速度慢,則快,;D是消除靜態(tài)誤差的,,一般D設置都比較小,對系統(tǒng)影響比較小,。