PID整定的相關積累

      搞溫度控制這段時間按也搞了好長時間的PID控制,現在把一些PID控制方面的積累寫下來一下,以便以後用的時候作爲參考:

 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進誤差信號成比例關係。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差(Steady-state error)。 
  積分(I)控制 
  在積分控制中,控制器的輸出與輸進誤差信號的積分成正比關係。對一個自動控制系統,假如在進入穩態後存在穩態誤差,則稱這個控制系統是有穩態誤差的或簡稱有差系統(System with Steady-state Error)。爲了消除穩態誤差,在控制器中必須引進“積分項”。積分項對誤差取決於時間的積分,隨着時間的增加,積分項會增大。這樣,即便誤差很小,積分項也會隨着時間的增加而加大,它推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小,直到即是零。因此,比例+積分(PI)控制器,可以使系統在進進穩態後無穩態誤差。 
  微分(D)控制 
  在微分控制中,控制器的輸出與輸進誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關係。 自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振盪甚至失穩。其原因是由於存在有較大慣性組件(環節)或有滯後(delay)組件,具有抑制誤差的作用,其變化總是落後於誤差的變化。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,在控制器中僅引進“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”,它能猜測誤差變化的趨勢,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即是零,甚至爲負值,從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯後的被控對象,比例+微分(PD)控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。 
  在PID參數進行整定時假如能夠有理論的方法確定PID參數當然是最理想的方法,但是在實際的應用中,更多的是通過湊試法來確定PID的參數。 
  增大比例係數P一般將加快系統的響應,在有靜差的情況下有利於減小靜差,但是過大的比例係數會使系統有比較大的超調,併產生振盪,使穩定性變壞。 
  增大積分時間I有利於減小超調,減小振盪,使系統的穩定性增加,但是系統靜差消除時間變長。 
  增大微分時間D有利於加快系統的響應速度,使系統超調量減小,穩定性增加,但系統對擾動的抑制能力減弱。 

在湊試時,可參考以上參數對系統控制過程的影響趨勢,對參數調整實行先比例、後積分,再微分的整定步驟。 
  首先整定比例部分。將比例參數由小變大,並觀察相應的系統響應,直至得到反應快、超調小的響應曲線。假如系統沒有靜差或靜差已經小到答應範圍內,並且對響應曲線已經滿足,則只需要比例調節器即可。 
  假如在比例調節的基礎上系統的靜差不能滿足設計要求,則必須加進積分環節。在整定時先將積分時間設定到一個比較大的值,然後將已經調節好的比例係數略爲縮小,然後減小積分時間,使得系統在保持良好動態性能的情況下,靜差得到消除。在此過程中,可根據系統的響應曲線的好壞反覆改變比例係數和積分時間,以期得到滿足的控制過程和整定參數。 
  假如在上述調整過程中對系統的動態過程反覆調整還不能得到滿足的結果,則可以加進微分環節。首先把微分時間D設置爲0,在上述基礎上逐漸增加微分時間,同時相應的改變比例係數和積分時間,逐步湊試,直至得到滿足的調節效果。







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