第一篇：PID調(diào)節(jié)心得（大全）

鑒于最近一直在研究算法，所以頗有些心得體會(huì)，整理了一下，覺得比較實(shí)用的一些PID的原理，及具體的調(diào)節(jié)方案，供大家參考學(xué)習(xí)，調(diào)節(jié)這個(gè)參量的值，需要耐心和經(jīng)驗(yàn)，但是更多的是我們得靜下心來(lái)調(diào)整，希望大家加油，馬上我們就要交鋒了。如有疏忽之處請(qǐng)大家見諒。

模擬PID調(diào)節(jié)器

模擬PID調(diào)節(jié)器的微分方程和傳輸函數(shù)

PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，它將給定值r(t)與實(shí)際輸出值c(t)的偏差的比例(P)、積分(I)、微分(D)通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。

PID調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用

1、比例環(huán)節(jié)：即時(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。

2、積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)TI，TI越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。

3、微分環(huán)節(jié)：能反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速率)，并能在偏差信號(hào)的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。

常用的控制方式

1、P控制

2、PI控制

3、PD控制

4、PID控制

PID算法的兩種類型

1、位置型控制――

2、增量型控制

微分先行和輸入濾波

1、微分先行

微分先行是把對(duì)偏差的微分改為對(duì)被控量的微分，這樣，在給定值變化時(shí)，不會(huì) 產(chǎn)生輸出的大幅度變化。而且由于被控量一般不會(huì)突變，即使給定值已發(fā)生改變，被控量也是緩慢變化的，從而不致引起微分項(xiàng)的突變。微分項(xiàng)的輸出增量為

2、輸入濾波

輸入濾波就是在計(jì)算微分項(xiàng)時(shí)，不是直接應(yīng)用當(dāng)前時(shí)刻的誤差e(n)，而是采用濾 波值e(n)，即用過(guò)去和當(dāng)前四個(gè)采樣時(shí)刻的誤差的平均值，再通過(guò)加權(quán)求和形式近似構(gòu)成微分

積分項(xiàng)的改進(jìn)

一、抗積分飽和

積分作用雖能消除控制系統(tǒng)的靜差，但它也有一個(gè)副作用，即會(huì)引起積分飽和。在偏差始終存在的情況下，造成積分過(guò)量。當(dāng)偏差方向改變后，需經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，輸出u(n)才脫離飽和區(qū)。這樣就造成調(diào)節(jié)滯后，使系統(tǒng)出現(xiàn)明顯的超調(diào)，惡化調(diào)節(jié)品質(zhì)。這種由積分項(xiàng)引起的過(guò)積分作用稱為積分飽和現(xiàn)象。

克服積分飽和的方法：

1、積分限幅法

積分限幅法的基本思想是當(dāng)積分項(xiàng)輸出達(dá)到輸出限幅值時(shí)，即停止積分項(xiàng)的計(jì)算，這時(shí)積分項(xiàng)的輸出取上一時(shí)刻的積分值。其算法流程如圖5-2-4所示。

2、積分分離法

積分分離法的基本思想是在偏差大時(shí)不進(jìn)行積分，僅當(dāng)偏差的絕對(duì)值小于一預(yù)定的門限值ε時(shí)才進(jìn)行積分累積。這樣既防止了偏差大時(shí)有過(guò)大的控制量，也避免了過(guò)積分現(xiàn)象。

3、變速積分法

變速積分法的基本思想是在偏差較大時(shí)積分慢一些，而在偏差較小時(shí)積分快一些，以盡快消除靜差。

二、消除積分不靈敏區(qū)

1、積分不靈敏區(qū)產(chǎn)生的原因

當(dāng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行字長(zhǎng)較短，采樣周期T也短，而積分時(shí)間TI又較長(zhǎng)時(shí)，)容易出現(xiàn)小于字長(zhǎng)的精度而丟數(shù)，此積分作用消失，這就稱為積分不靈敏區(qū)。

2消除積分不靈敏區(qū)的措施：

1）增加A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)，加長(zhǎng)運(yùn)算字長(zhǎng)，這樣可以提高運(yùn)算精度。2）當(dāng)積分項(xiàng)小于輸出精度ε的情況時(shí)，把它們一次次累加起來(lái)，采樣周期的選擇

一、選擇采樣周期的重要性

采樣周期越小，數(shù)字模擬越精確，控制效果越接近連續(xù)控制。對(duì)大多數(shù)算法，縮短采樣周期可使控制回路性能改善，但采樣周期縮短時(shí)，頻繁的采樣必然會(huì)占用較多的計(jì)算工作時(shí)間，同時(shí)也會(huì)增加計(jì)算機(jī)的計(jì)算負(fù)擔(dān)，而對(duì)有些變化緩慢的受控對(duì)象無(wú)需很高的采樣頻率即可滿意地進(jìn)行跟蹤，過(guò)多的采樣反而沒有多少實(shí)際意義。

二、選擇采樣周期的原則――采樣定理

最大采樣周期根據(jù)耐奎斯特采樣定理可知。

三、選擇采樣周期應(yīng)綜合考慮的因素

1、給定值的變化頻率

加到被控對(duì)象上的給定值變化頻率越高，采樣頻率應(yīng)越高，以使給定值的改變通過(guò)采樣迅速得到反映，而不致在隨動(dòng)控制中產(chǎn)生大的時(shí)延。

2、被控對(duì)象的特性 1）

考慮對(duì)象變化的緩急，若對(duì)象是慢速的熱工或化工對(duì)象時(shí)，T一般取得較大。在對(duì)象變化較快的場(chǎng)合，T應(yīng)取得較小。

2）

考慮干擾的情況，從系統(tǒng)抗干擾的性能要求來(lái)看，要求采樣周期短，使擾動(dòng)能迅速得到校正。

3、使用的算式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型 1）

采樣周期太小，會(huì)使積分作用、微分作用不明顯。同時(shí)，因受微機(jī)計(jì)算精度的影響，當(dāng)采樣周期小到一定程度時(shí)，前后兩次采樣的差別反映不出來(lái)，使調(diào)節(jié)作用因此而減弱。

2）

執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作慣性大，采樣周期的選擇要與之適應(yīng)，否則執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)不及反應(yīng)數(shù)字控制器輸出值的變化。

4、控制的回路數(shù)

要求控制的回路較多時(shí)，相應(yīng)的采樣周期越長(zhǎng)，以使每個(gè)回路的調(diào)節(jié)算法都有足夠的時(shí)間來(lái)完成。

二、常用的簡(jiǎn)易工程整定法

1、擴(kuò)充臨界比例度法――適用于有自平衡特性的被控對(duì)象 整定數(shù)字調(diào)節(jié)器參數(shù)的步驟是：

(1)選擇采樣周期為被控對(duì)象純滯后時(shí)間的十分之一以下。

(2)去掉積分作用和微分作用，逐漸增大比例度系數(shù)，直至系統(tǒng)對(duì)階躍輸入的響 應(yīng)達(dá)到臨界振蕩狀態(tài)(穩(wěn)定邊緣)，記下此時(shí)的臨界比例系數(shù) 及系統(tǒng)的臨界振蕩

周期。

第二篇：恒壓供水PID調(diào)節(jié)概念及基本原理

恒壓供水PID調(diào)節(jié)概念及基本原理 2006-12-04來(lái)源：中國(guó)自動(dòng)化網(wǎng)瀏覽：82

摘要：目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能控制典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：PID控制 控制器 智能PID控制器

目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能控制典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。

一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口?？刂破鬏敵鲚敵鼋涌?、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)被控量，傳感器，變送器，輸入接口送到控制器。

不同控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)傳感器是溫度傳感器。

目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已工程實(shí)際中到了廣泛應(yīng)用，有各種各樣PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能智能調(diào)節(jié)器

（intelligent regulator），其中PID控制器參數(shù)自動(dòng)調(diào)整是智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。有利用PID控制實(shí)現(xiàn)壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn)PID控制功能可編程控制器（PLC），還有可實(shí)現(xiàn)PID控制PC系統(tǒng)等等。

可編程控制器（PLC）是利用其閉環(huán)控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)PID控制，而可編程控制器（PLC）可以直接與ControlNet相連，如RockwellPLC-5等。還有可以實(shí)現(xiàn)PID控制功能控制器，如Rockwell Logix產(chǎn)品系列，它可以直接與ControlNet相連，利用網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。

1、開環(huán)控制系統(tǒng)

開環(huán)控制系統(tǒng)（open-loop control system）是指被控對(duì)象輸出（被控制量）對(duì)控制器（controller）輸出沒有影響。這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來(lái)以形成任何閉環(huán)回路。

2、閉環(huán)控制系統(tǒng)

閉環(huán)控制系統(tǒng)（closed-loop control system）特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象輸出（被控制量）會(huì)反送回來(lái)影響控制器輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反，則稱為負(fù)反饋（Negative Feedback），若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)例子很多。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能不斷修正最后作出各種正確動(dòng)作。沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。另例，當(dāng)一臺(tái)真正全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并洗凈之后能自動(dòng)切斷電源，它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

3、階躍響應(yīng)

階躍響應(yīng)是指將一個(gè)階躍輸入（step function）加到系統(tǒng)上時(shí)，系統(tǒng)輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后﹐系統(tǒng)期望輸出與實(shí)際輸出之差。控制系統(tǒng)性能可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)字來(lái)描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)穩(wěn)定性（stability），一個(gè)系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定，從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂﹔準(zhǔn)是指控制系統(tǒng)準(zhǔn)確性、控制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)（Steady-state error）描述，它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差﹔快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)快速性，通常用上升時(shí)間來(lái)定量描述。

4、PID控制原理和特點(diǎn)

工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或不到精確數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論其它技術(shù)難以采

用時(shí)，系統(tǒng)控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能有效測(cè)量手段來(lái)獲系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是系統(tǒng)誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制。

（1）比例（P）控制

比例控制是一種最簡(jiǎn)單控制方式。其控制器輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。

（2）積分（I）控制

積分控制中，控制器輸出與輸入誤差信號(hào)積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。消除穩(wěn)態(tài)誤差，控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間積分，時(shí)間增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)時(shí)間增加而加大，它推動(dòng)控制器輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。，比例+積分（PI）控制器，可以使系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。

（3）微分（D）控制

微分控制中，控制器輸出與輸入誤差信號(hào)微分（即誤差變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)克服誤差調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩失穩(wěn)。其原因是存有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差作用，其變化總是落后于誤差變化。解決辦法是使抑制誤差作用變化“超前”，即誤差接近零時(shí)，抑制誤差作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠，比例項(xiàng)作用僅是放大誤差幅值，而目前需要增加是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分控制器，就能夠提前使抑制誤差控制作用等于零，為負(fù)值，避免了被控量嚴(yán)重超調(diào)。對(duì)有較大慣性或滯后被控對(duì)象，比例+微分（PD）控制器能改善系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程中動(dòng)態(tài)特性。

5、PID控制器參數(shù)整定

PID控制器參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)核心內(nèi)容。它是被控過(guò)程特性確定PID控制器比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間大小。PID控制器參數(shù)整定方法很多，概括起來(lái)有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主依據(jù)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所到計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須工程實(shí)際進(jìn)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(yàn)，直接控制系統(tǒng)試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)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)都是試驗(yàn)，然后工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但采用哪一種方法所到控制器參數(shù)，都需要實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)一般采用是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 PID控制器參數(shù)整定步驟如下：

（1）首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短采樣周期讓系統(tǒng)工作；

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

（3）一定控制度下公式計(jì)算到PID控制器參數(shù)。

自本世紀(jì)30年代以來(lái)，自動(dòng)化技術(shù)獲了驚人成就，已工業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)起著關(guān)鍵作用。自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。

古典控制最早和最典型實(shí)例是蒸汽機(jī)離心式飛錘調(diào)速器控制﹔現(xiàn)代控制典型實(shí)例是火炮控制﹐阿波羅登月實(shí)現(xiàn)﹔智能控制實(shí)例有模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等等。

自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。

一、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)﹑輸入輸出接口，見圖1?？刂破鬏敵鲚敵鼋涌凇?zhí)行機(jī)構(gòu)﹐加到被控系統(tǒng)上﹔控制系統(tǒng)被控量﹐傳感器﹐變送器﹐輸入接口送到控制器。不同控制系

統(tǒng)﹐其傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣。比如一個(gè)電加熱爐控制系統(tǒng)﹐被控制量是溫度﹐傳感器是溫度傳感器。壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。

圖1

二、開環(huán)控制系統(tǒng)

開環(huán)控制系統(tǒng)(open-loop control system)是指被控對(duì)象輸出(被控制量)對(duì)控制器(controller)輸出沒有影響，如圖2所示。這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來(lái)以形成任何死循環(huán)回路。開環(huán)控制系統(tǒng)例子很多，比如：汽車引擎空轉(zhuǎn)速率控制系統(tǒng)﹔一般洗衣機(jī)，它洗衣時(shí)間完全由人為操作來(lái)判斷與估計(jì)。

圖2

圖中擾動(dòng)量是指系統(tǒng)干擾(disturbance)，給定量是指系統(tǒng)參考輸入(reference input)，被控制量是指被控對(duì)象輸出，控制信號(hào)是指控制器輸出。

二、閉環(huán)控制系統(tǒng)

閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop control system)特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象輸出(被控制量)會(huì)反送回來(lái)影響控制器輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反，則稱為負(fù)反饋(Negative Feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。圖1給出一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)(負(fù)反饋)結(jié)構(gòu)圖。

閉環(huán)控制系統(tǒng)例子很多。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)，當(dāng)他去拿東西時(shí)候，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能不斷修正最后拿到所要取東西。當(dāng)然，這個(gè)人是一個(gè)瞎子，他沒有眼睛，不能看見所要拿物品，就沒有了反饋回路，也就成了一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。另一個(gè)例子是上面我們所說(shuō)洗衣機(jī)，當(dāng)一臺(tái)真正全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是否洗清及洗清之后能自動(dòng)切斷電源裝置時(shí)候，它就是一個(gè)死循環(huán)控制系統(tǒng)。

三、階躍響應(yīng)

圖3表示是一個(gè)系統(tǒng)階躍響應(yīng)(step response)。

階躍響應(yīng)是指將一個(gè)階躍輸入（step function）加到系統(tǒng)上時(shí)系統(tǒng)輸出﹐圖中紅線所示。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后﹐系統(tǒng)期望輸出與實(shí)際輸出之差?？刂葡到y(tǒng)性能指針可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)字來(lái)描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)穩(wěn)定性(stability)，一個(gè)系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定，從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂﹔準(zhǔn)是指控制系統(tǒng)準(zhǔn)確性、控制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)(Steady-state error)描述，它表示系統(tǒng)輸出

穩(wěn)態(tài)值與期望值之差﹔快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)快速性，通常用上升時(shí)間來(lái)定量描述。

第三篇：PID含義說(shuō)明

PID是以它的三種糾正算法而命名的。這三種算法都是用加法調(diào)整被控制的數(shù)值。而實(shí)際上這些加法運(yùn)算大部分變成了減法運(yùn)算因?yàn)楸患訑?shù)總是負(fù)值。這三種算法是：

比例-來(lái)控制當(dāng)前，誤差值和一個(gè)負(fù)常數(shù)P（表示比例）相乘，然后和預(yù)定的值相加。P只是在控制器的輸出和系統(tǒng)的誤差成比例的時(shí)候成立。這種控制器輸出的變化與輸入控制器的偏差成比例關(guān)系。比如說(shuō)，一個(gè)電熱器的控制器的比例尺范圍是10°C，它的預(yù)定值是20°C。那么它在10°C的時(shí)候會(huì)輸出100%，在15°C的時(shí)候會(huì)輸出50%，在19°C的時(shí)候輸出10％，注意在誤差是0的時(shí)候，控制器的輸出也是0。

積分來(lái)控制將來(lái)，計(jì)算誤差的一階導(dǎo)，并和一個(gè)負(fù)常數(shù)D相乘，最后和預(yù)定值相加。這個(gè)導(dǎo)數(shù)的控制會(huì)對(duì)系統(tǒng)的改變作出反應(yīng)。導(dǎo)數(shù)的結(jié)果越大，那么控制系統(tǒng)就對(duì)輸出結(jié)果作出更快速的反應(yīng)。這個(gè)D參數(shù)也是PID被稱為可預(yù)測(cè)的控制器的原因。D參數(shù)對(duì)減少控制器短期的改變很有幫助。一些實(shí)際中的速度緩慢的系統(tǒng)可以不需要D參數(shù)。用更專業(yè)的話來(lái)講，一個(gè)PID控制器可以被稱作一個(gè)在頻域系統(tǒng)的濾波器。這一點(diǎn)在計(jì)算它是否會(huì)最終達(dá)到穩(wěn)定結(jié)果時(shí)很有用。如果數(shù)值挑選不當(dāng)，控制系統(tǒng)的輸入值會(huì)反復(fù)振蕩，這導(dǎo)致系統(tǒng)可能永遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到預(yù)設(shè)值。

編輯本段控制規(guī)律的選擇

盡管不同類型的控制器，其結(jié)構(gòu)、原理各不相同，但是基本控制規(guī)律只有三個(gè)：比例（P）控制、積分（I）控制和微分（D）控制。這幾種控制規(guī)律可以單獨(dú)使用，但是更多場(chǎng)合是組合使用。如比例（P）控制、比例-積分（PI）控制、比例-積分-微分（PID）控制等。

比例（P）控制

單獨(dú)的比例控制也稱“有差控制”，輸出的變化與輸入控制器的偏差成比例關(guān)系，偏差越大輸出越大。實(shí)際應(yīng)用中，比例度的大小應(yīng)視具體情況而定，比例度太小，控制作用太弱，不利于系統(tǒng)克服擾動(dòng)，余差太大，控制質(zhì)量差，也沒有什么控制作用；比例度太大，控制作用太強(qiáng)，容易導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，引發(fā)振蕩。

對(duì)于反應(yīng)靈敏、放大能力強(qiáng)的被控對(duì)象，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)使比例度稍小些；而對(duì)于反應(yīng)遲鈍，放大能力又較弱的被控對(duì)象，比例度可選大一些，以提高整個(gè)系統(tǒng)的靈敏度，也可以相應(yīng)減小余差。

單純的比例控制適用于擾動(dòng)不大，滯后較小，負(fù)荷變化小，要求不高，允許有一定余差存在的場(chǎng)合。工業(yè)生產(chǎn)中比例控制規(guī)律使用較為普遍。

比例積分（PI）控制

比例控制規(guī)律是基本控制規(guī)律中最基本的、應(yīng)用最普遍的一種，其最大優(yōu)點(diǎn)就是控制及時(shí)、迅速。只要有偏差產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用。但是，不能最終消除余差的缺點(diǎn)限制了它的單獨(dú)使用?？朔嗖畹霓k法是在比例控制的基礎(chǔ)上加上積分控制作用。

積分控制器的輸出與輸入偏差對(duì)時(shí)間的積分成正比。這里的“積分”指的是“積累”的意思。積分控制器的輸出不僅與輸入偏差的大小有關(guān)，而且還與偏差存在的時(shí)間有關(guān)。只要偏差存在，輸出就會(huì)不斷累積（輸出值越來(lái)越大或越來(lái)越?。恢钡狡顬榱?，累積才會(huì)停止。所以，積分控制可以消除余差。積分控制規(guī)律又稱無(wú)差控制規(guī)律。

積分時(shí)間的大小表征了積分控制作用的強(qiáng)弱。積分時(shí)間越小，控制作用越強(qiáng)；反之，控制作用越弱。

積分控制雖然能消除余差，但它存在著控制不及時(shí)的缺點(diǎn)。因?yàn)榉e分輸出的累積是漸進(jìn)的，其產(chǎn)生的控制作用總是落后于偏差的變化，不能及時(shí)有效地克服干擾的影響，難以使控制系統(tǒng)穩(wěn)定下來(lái)。所以，實(shí)用中一般不單獨(dú)使用積分控制，而是和比例控制作用結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成比例積分控制。這樣取二者之長(zhǎng)，互相彌補(bǔ)，既有比例控制作用的迅速及時(shí)，又有積分控制作用消除余差的能力。因此，比例積分控制可以實(shí)現(xiàn)較為理想的過(guò)程控制。

比例積分控制器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種控制器，多用于工業(yè)生產(chǎn)中液位、壓力、流量等控制系統(tǒng)。由于引入積分作用能消除余差，彌補(bǔ)了純比例控制的缺陷，獲得較好的控制質(zhì)量。但是積分作用的引入，會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。對(duì)于有較大慣性滯后的控制系統(tǒng)，要盡量避免使用。

比例微分（PD）控制

比例積分控制對(duì)于時(shí)間滯后的被控對(duì)象使用不夠理想。所謂“時(shí)間滯后”指的是：當(dāng)被控對(duì)象受到擾動(dòng)作用后，被控變量沒有立即發(fā)生變化，而是有一個(gè)時(shí)間上的延遲，比如容量滯后，此時(shí)比例積分控制顯得遲鈍、不及時(shí)。為此，人們?cè)O(shè)想：能否根據(jù)偏差的變化趨勢(shì)來(lái)做出相應(yīng)的控制動(dòng)作呢？猶如有經(jīng)驗(yàn)的操作人員，即可根據(jù)偏差的大小來(lái)改變閥門的開度（比例作用），又可根據(jù)偏差變化的速度大小來(lái)預(yù)計(jì)將要出現(xiàn)的情況，提前進(jìn)行過(guò)量控制，“防患于未然”。這就是具有“超前”控制作用的微分控制規(guī)律。微分控制器輸出的大小取決于輸入偏差變化的速度。

微分輸出只與偏差的變化速度有關(guān)，而與偏差的大小以及偏差是否存在與否無(wú)關(guān)。如果偏差為一固定值，不管多大，只要不變化，則輸出的變化一定為零，控制器沒有任何控制作用。微分時(shí)間越大，微分輸出維持的時(shí)間就越長(zhǎng)，因此微分作用越強(qiáng)；反之則越弱。當(dāng)微分時(shí)間為0時(shí)，就沒有微分控制作用了。同理，微分時(shí)間的選取，也是需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定的。

微分控制作用的特點(diǎn)是：動(dòng)作迅速，具有超前調(diào)節(jié)功能，可有效改善被控對(duì)象有較大時(shí)間滯后的控制品質(zhì)；但是它不能消除余差，尤其是對(duì)于恒定偏差輸入時(shí)，根本就沒有控制作用。因此，不能單獨(dú)使用微分控制規(guī)律。

比例和微分作用結(jié)合，比單純的比例作用更快。尤其是對(duì)容量滯后大的對(duì)象，可以減小動(dòng)偏差的幅度，節(jié)省控制時(shí)間，顯著改善控制質(zhì)量。

比例積分微分（PID）控制

最為理想的控制當(dāng)屬比例-積分-微分控制規(guī)律。它集三者之長(zhǎng)：既有比例作用的及時(shí)迅速，又有積分作用的消除余差能力，還有微分作用的超前控制功能。

當(dāng)偏差階躍出現(xiàn)時(shí)，微分立即大幅度動(dòng)作，抑制偏差的這種躍變；比例也同時(shí)起消除偏差的作用，使偏差幅度減小，由于比例作用是持久和起主要作用的控制規(guī)律，因此可使系統(tǒng)比較穩(wěn)定；而積分作用慢慢把余差克服掉。只要三個(gè)作用的控制參數(shù)選擇得當(dāng)，便可充分發(fā)揮三種控制規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，得到較為理想的控制效果。

編輯本段PID控制器調(diào)試方法 比例系數(shù)的調(diào)節(jié)

比例系數(shù)P的調(diào)節(jié)范圍一般是：0.1--100.如果增益值取 0.1，PID 調(diào)節(jié)器輸出變化為十分之一的偏差值。如果增益值取 100，PID 調(diào)節(jié)器輸出變化為一百倍的偏差值。

可見該值越大，比例產(chǎn)生的增益作用越大。初調(diào)時(shí)，選小一些，然后慢慢調(diào)大，直到系統(tǒng)波動(dòng)足夠小時(shí)，再該調(diào)節(jié)積分或微分系數(shù)。過(guò)大的P值會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，持續(xù)振蕩；過(guò)小的P值又會(huì)使系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍。合適的值應(yīng)該使系統(tǒng)由足夠的靈敏度但又不會(huì)反應(yīng)過(guò)于靈敏，一定時(shí)間的遲緩要靠積分時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)。

積分系數(shù)的調(diào)節(jié)

積分時(shí)間常數(shù)的定義是，偏差引起輸出增長(zhǎng)的時(shí)間。積分時(shí)間設(shè)為 1秒，則輸出變化 100%所需時(shí)間為 1 秒。初調(diào)時(shí)要把積分時(shí)間設(shè)置長(zhǎng)些，然后慢慢調(diào)小直到系統(tǒng)穩(wěn)定為止。

微分系數(shù)的調(diào)節(jié)

微分值是偏差值的變化率。例如，如果輸入偏差值線性變化，則在調(diào)節(jié)器輸出側(cè)疊加一個(gè)恒定的調(diào)節(jié)量。大部分控制系統(tǒng)不需要調(diào)節(jié)微分時(shí)間。因?yàn)橹挥袝r(shí)間滯后的系統(tǒng)才需要附加這個(gè)參數(shù)。如果畫蛇添足加上這個(gè)參數(shù)反而會(huì)使系統(tǒng)的控制受到影響。如果通過(guò)比例、積分參數(shù)的調(diào)節(jié)還是收不到理想的控制要求，就可以調(diào)節(jié)微分時(shí)間。初調(diào)時(shí)把這個(gè)系數(shù)設(shè)小，然后慢慢調(diào)大，直到系統(tǒng)穩(wěn)定。

編輯本段PID控制器的參數(shù)整定

PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被 控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是 依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)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(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)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(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(guò)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(wú)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?，F(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(guò)公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。

在實(shí)際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。

對(duì)于溫度系統(tǒng)：P（%）20--60，I（分）3--10，D（分）0.5--3

對(duì)于流量系統(tǒng)：P（%）40--100，I（分）0.1--1

對(duì)于壓力系統(tǒng)：P（%）30--70，I（分）0.4--3

對(duì)于液位系統(tǒng)：P（%）20--80，I（分）1--5

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(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4比1

一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低

編輯本段PID與自適應(yīng)PID的區(qū)別：

首先弄清楚什么是自適應(yīng)控制

在生產(chǎn)過(guò)程中為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，節(jié)約原材料，要求生產(chǎn)管理及生產(chǎn)過(guò)程始終處于最優(yōu)工作狀態(tài)。因此產(chǎn)生了一種最優(yōu)控制的方法，這就叫自適應(yīng)控制。在這種控制中要求系統(tǒng)能夠根據(jù)被測(cè)參數(shù)，環(huán)境及原材料的成本的變化而自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)隨時(shí)處于最佳狀態(tài)。自適應(yīng)控制包括性能估計(jì)（辨別）、決策和修改三個(gè)環(huán)節(jié)。它是微機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。但由于控制規(guī)律難以掌握，所以推廣起來(lái)尚有一些難以解決的問題。

加入自適應(yīng)的pid控制就帶有了一些智能特點(diǎn)，像生物一樣能適應(yīng)外界條件的變化。

還有自學(xué)習(xí)系統(tǒng)，就更加智能化了。

第四篇：PID控制小結(jié)

PID控制小結(jié)

在PID參數(shù)進(jìn)行整定時(shí)如果能夠有理論的方法確定PID參數(shù)當(dāng)然是最理想的方法，但是在實(shí)際的應(yīng)用中，更多的是通過(guò)湊試法來(lái)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(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差，但是過(guò)大的比例系數(shù)會(huì)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(shí)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，但是系統(tǒng)靜差消除時(shí)間變長(zhǎng)。

增大微分時(shí)間D有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使系統(tǒng)超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱。在湊試時(shí)，可參考以上參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制過(guò)程的影響趨勢(shì)，對(duì)參數(shù)調(diào)整實(shí)行先比例、后積分，再微分的整定步驟。

PID控制原理：

1、比例（P）控制 ：比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。

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(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)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(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)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(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，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(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。PID控制器參數(shù)整定的一般方法：

PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類：

一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)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(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)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(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(guò)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(wú)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(guò)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。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(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4比1； 一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低。

個(gè)人認(rèn)為PID參數(shù)的設(shè)置的大小，一方面是要根據(jù)控制對(duì)象的具體情況而定；另一方面是經(jīng)驗(yàn)。P是解決幅值震蕩，P大了會(huì)出現(xiàn)幅值震蕩的幅度大，但震蕩頻率小，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)；I是解決動(dòng)作響應(yīng)的速度快慢的，I大了響應(yīng)速度慢，反之則快；D是消除靜態(tài)誤差的，一般D設(shè)置都比較小，而且對(duì)系統(tǒng)影響比較小。PID參數(shù)怎樣調(diào)整最佳（1）整定比例控制

將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。（2）整定積分環(huán)節(jié)

若在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求，需加入積分控制。

先將步驟（1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來(lái)的50～80％，再將積分時(shí)間置一個(gè)較大值，觀測(cè)響應(yīng)曲線。然后減小積分時(shí)間，加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)試湊至得到較滿意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。（3）整定微分環(huán)節(jié)

若經(jīng)過(guò)步驟（2），PI控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動(dòng)態(tài)過(guò)程不能令人滿意，則應(yīng)加入微分控制，構(gòu)成PID控制。先置微分時(shí)間TD=0，逐漸加大TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，反復(fù)試湊至獲得滿意的控制效果和PID控制參數(shù)。

第五篇：數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì)

數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)任務(wù)：

設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：

設(shè)計(jì)數(shù)字PID控制器，使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差不大于0.1，超調(diào)量不大于20%，調(diào)節(jié)時(shí)間不大于0.5s。采用增量算法實(shí)現(xiàn)該P(yáng)ID控制器。

具體要求：

1.采用Matlab完成控制系統(tǒng)的建立、分析和模擬仿真，給出仿真結(jié)果。

2.設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容包含數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)步驟、Matlab仿真的性能曲線、采樣周期T的選擇、數(shù)字控制器脈沖傳遞函數(shù)和差分方程形式。

3.設(shè)計(jì)工作小結(jié)和心得體會(huì)。4.列出所查閱的參考資料。

數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì)報(bào)告

一、設(shè)計(jì)目的 了解數(shù)字PID控制算法的實(shí)現(xiàn)；

掌握PID控制器參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響；

能夠運(yùn)用MATLAB/Simulink 軟件對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行正確建模并對(duì)模塊進(jìn)行正確的參數(shù)設(shè)置；

加深對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握； 5 掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方法。

二、設(shè)計(jì)要求

1采用增量算法實(shí)現(xiàn)該P(yáng)ID控制器。

2熟練掌握PID設(shè)計(jì)方法及MATLAB設(shè)計(jì)仿真。

三、設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：

設(shè)計(jì)數(shù)字PID控制器，使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差不大于0.1，超調(diào)量不大于20%，調(diào)節(jié)時(shí)間不大于0.5s。采用增量算法實(shí)現(xiàn)該P(yáng)ID控制器。

四、設(shè)計(jì)原理

1.數(shù)字PID原理結(jié)構(gòu)框圖

2.增量式PID控制算法

?u?k??KPe?k??KI?e?i??KD??e?k??e?k?1??i?0?

=u(k-1)+Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)] =u(k-1)+(Kp+Ki+Kd)e(k)-(Kp+2Kd)e(k-1)+Kde(k-2)所以Δu(k)=u(k)-u(k-1)

=Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]

=(Kp+Ki+Kd)e(k)-(Kp+2Kd)e(k-1)+Kde(k-2)整理：

Δu(k)= Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2)A= Kp+Ki+Kd

B=-(Kp+2Kd)C=Kd

五、Matlab仿真選擇數(shù)字PID參數(shù)

（擴(kuò)充臨界比例度法/擴(kuò)充響應(yīng)曲線法 具體整定步驟）

利用擴(kuò)充臨界比例帶法選擇數(shù)字PID參數(shù)，擴(kuò)充臨界比例帶法是以模擬PID調(diào)節(jié)器中使用的臨界比例帶法為基礎(chǔ)的一種數(shù)字PID參數(shù)的整定方法。其整定步驟如下：； 1)選擇合適的采樣周期T；

2)在純比例的作用下,給定輸入階躍變化時(shí),逐漸加大比例作用Kp(即減小比例帶?),直至系統(tǒng)出現(xiàn)等幅震蕩,記錄比例增益Kc,及振蕩周期Tc。Kc成 為臨界振蕩比例增益(對(duì)應(yīng)的臨界比例帶?),Tc成為臨界振蕩周期。

=1/150S^3+6/25S^2+37/30S+1 在MATLAB下輸入如下程序：

num=[1];

den=[1/150,6/25,37/30,1];sys=tf(num,den);p=[20:2:45];for i=1:length(p)

Gc=feedback(p(i)*sys,1);step(Gc)hold on end;grid

title('Kp變化時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線')axis([0,3,0,2.3])仿真階躍響應(yīng)如下圖：

調(diào)整參數(shù)：p=[35:2:45] 程序如下： num=[1];

den=[1/150,6/25,37/30,1];sys=tf(num,den);p=[35:2:45];for i=1:length(p)

Gc=feedback(p(i)*sys,1);step(Gc)hold on end;grid title('Kp變化時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線')axis([0,3,0,2.3])仿真階躍響應(yīng)如下圖：

由圖像可知：當(dāng)Kp在40~45之間時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)等幅振蕩。為進(jìn)一步得到準(zhǔn)確的Kp，調(diào)整程序參數(shù)p=[40:1:45]，程序如下： num=[1];

den=[1/150,6/25,37/30,1];sys=tf(num,den);p=[40:1:45];for i=1:length(p)

Gc=feedback(p(i)*sys,1);step(Gc)hold on end;grid

title('Kp變化時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線')axis([0,3,0,2.3])仿真階躍響應(yīng)如下圖：

由圖像進(jìn)一步精確得Kc約為43時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)等幅震蕩，震蕩周期Tc約為0.5s。

擴(kuò)充臨界比例帶法選擇數(shù)字PID參數(shù)的計(jì)算公式如下表所示：

3）選擇控制度?？刂贫鹊亩x為數(shù)字調(diào)節(jié)器和模擬調(diào)節(jié)所對(duì)應(yīng)的過(guò)度過(guò)程的誤差平方積分之比，即控制度=?0??2eDdt?0edt2式中，eD為數(shù)字調(diào)節(jié)器的控制誤差;e為模擬調(diào)節(jié)器的控制誤差.當(dāng)控制度為1.05時(shí),數(shù)字調(diào)節(jié)器魚模擬調(diào)節(jié)器的控制效果相當(dāng);當(dāng)控制度為2時(shí),數(shù)字調(diào)節(jié)器比模擬調(diào)節(jié)器的控制效果差一倍；在此選控制度為1.05。按選擇的控制度指標(biāo)及Tc,Kc實(shí)驗(yàn)測(cè)得值,由查表選擇相應(yīng)的計(jì)算公式計(jì)算采樣周期：T=0.007，Kp=27，Ti=0.245，Td=0.07;KI?KiT?KPT=0.77，KD?Kd?KPTD=270，Ki=0.23

TITTTc=0.5 則T=Tc*0.014=0.5*0.014=0.007;

Kp=Kc*0.63=43*0.63=27.09;

Ti=Tc*0.49=0.5*0.49=0.245;

Td=Tc*0.14=0.5*0.14=0.07;

Kp=27.09;

Ki=Kp*T/Ti=27.09*0.007/0.245=0.774;

Kd=Kp*Td/T=27.09*0.07/0.007=270.09;

六、Matlab/Simulink 控制系統(tǒng)建模 1.控制器

ΔU(Z)=(Kp+Ki+Kd)E(Z)-(Kp+2Kd)/Z*E(Z)+Kd/Z^2*E(Z)則D(Z)=ΔU(Z)/E(Z)=(Kp+Ki+Kd)-(Kp+2Kd)/Z+Kd/Z^2 =[(Kp+Ki+Kd)Z^2-(Kp+2Kd)Z+Kd]/Z^2 2.仿真模型圖

將 Kp=27.09;

Ki=Kp*T/Ti=27.09*0.007/0.245=0.774;

Kd=Kp*Td/T=27.09*0.07/0.007=270.09帶入，得：

Kp+Ki+Kd=27.09+0.774+270.09=297.95 Kp+2Kd=27.09+2*270.09=567.27 Kd=270.09

即D(Z)=[297.95*Z^2-567.27*Z+270.09]/Z^2

G0(S)=43/[0.00667S^3+0.24S^2+1.2333S+1] 3.輸出階躍響應(yīng)曲線

Scope中得到階躍響應(yīng)曲線如下所示：

4、試湊法微調(diào)參數(shù) 由階躍響應(yīng)圖像可得：

Y(∞）=0.96，則穩(wěn)態(tài)誤差Ess=1-0.96=0.04 超調(diào)量

=（1.1-0.96）/0.96*100%=14.6% 調(diào)整時(shí)間Ts=0.27s

系統(tǒng)有少量的穩(wěn)態(tài)誤差，則適當(dāng)增大KI參數(shù)，使得KI參數(shù)由0.774變?yōu)?.774；

Scope中得到階躍響應(yīng)曲線如下所示：

由圖像可知：此時(shí)穩(wěn)態(tài)誤差Ess減為1-0.98=0.02，超調(diào)量=(1.1-1)/1*100%=10%,調(diào)整時(shí)間減少為Ts=0.15s，但該曲線不夠平滑，調(diào)整：Kp=36.08，Ki=2.770，Kd=270.08，降低傳遞函數(shù)的K值為36

Scope中得到階躍響應(yīng)曲線如下所示：

此時(shí)穩(wěn)態(tài)誤差幾乎為0，調(diào)整時(shí)間Ts為0.3s，超調(diào)量為(1.05-1)/1*100%=5%,基本符合要求

5.最終PID參數(shù)及輸出響應(yīng)曲線 當(dāng)Kp=36.08 Ki=2.770 Kd=270.08時(shí)

最終輸出階躍響應(yīng)曲線為：

七、設(shè)計(jì)心得體會(huì)

通過(guò)這次設(shè)計(jì)，重新認(rèn)識(shí)了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)字PID控制，基本掌握了數(shù)字PID控制的基本規(guī)律，也認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，檢驗(yàn)了我所學(xué)的知識(shí)，體會(huì)了控制系統(tǒng)三大指標(biāo)“穩(wěn)，準(zhǔn)，快”的意義.加深了我對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的了解，同時(shí)也對(duì)比例、積分、微分控制有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

比例系數(shù)的加大，將使系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快，在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，加大比例系數(shù)可以減少穩(wěn)態(tài)誤差。但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分控制通常影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有助于消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。而微分作用的增加則可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，但也可能降低系統(tǒng)的抗干擾能力。比例+積分控制器可以使系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。而比例+微分控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。

這次設(shè)計(jì)過(guò)程讓我們把理論知識(shí)付諸于實(shí)踐，這對(duì)以后的學(xué)習(xí)帶來(lái)了更大的 幫助!

八、參考文獻(xiàn)

1．陳懷琛.MATLAB及在電子信息課程中的應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2009 2．趙廣元.MATLAB與控制系統(tǒng)仿真實(shí)踐.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009