PID知识点大全(附参数整定口诀),一份足够啦

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PID控制原理和特点

在工程实践中,最广泛使用的调节器控制律是比例,积分,微分控制,也称为PID控制,也称为PID调节。 PID控制器已存在近70年。它结构简单,稳定性好,运行可靠,调整方便,已成为工业控制的主要技术之一。当无法完全掌握受控对象的结构和参数时,或者当数学模型不准确时,很难采用其他控制理论技术。系统控制器的结构和参数必须通过经验和现场调试来确定。此时,应用PID控制技术最为方便。也就是说,当我们不完全了解系统和受控对象,或者无法有效测量系统参数时,最适合使用PID控制技术。实际上,PID控制还具有PI和PD控制。 PID控制器是系统误差,控制量通过比例,积分和微分计算。

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1.比例控制(P)

比例控制是最常用的控制方法之一。例如,我们控制加热器的恒温100度。开始加热时,它远离目标温度。这时,我们通常会增加加热,使温度迅速上升。当温度超过100度时,我们关闭输出,通常我们会使用这样的功能

e(t)=SP - y(t) -

u(t)=e(t)* P

SP设定值

e(t)错误值

y(t)反馈值

u(t)输出值

P比例系数

滞后不是很大的控制对象可以通过比例控制方法满足控制要求,但许多受控对象具有滞后。也就是说,如果设定温度为200度,当使用比例控制时,如果P选择相对较大,当温度达到200度且输出为0时,将会有向上爬升,温度仍然不会例如,停止上升到230度,当温度超过200度时,它开始回落。即使输出开始升温,温度仍将下降到某一温度以回落到例如170度,最后整个系统将稳定在一定范围内振荡。如果允许这种振荡的幅度,例如,家用电器的控制,则可以使用比例控制

2.比例积分控制(PI)

积分的存在是由比例控制的特性或是否存在差异或振荡提出的改进。它通常用比率控制,即PI控制。

有许多公式,但大多数没有太大的不同。标准公式如下:

u(t)=Kp * e(t)+KiΣe(t)+ u0

u(t)输出

Kp比例放大系数

Ki积分放大系数

e(t)错误

U0控制量参考值(基本偏差)

您可以看到积分项是历史错误的累积值。如果光是按比例控制的,我们知道它是不是设定值还是振荡。使用积分项后,我们可以解决问题。固定值静态错误问题,例如,在控件中使用PI控件后,如果存在静态错误,则输出将不会达到设定值。此时,积分项的累积误差值将变得越来越大。在Ki之后,它将占用更多的输出权重,使输出u(t)越来越大,最终达到消除静态误差的目的

在综合使用效绩指标的情况下,我们的调整如下:

1.首先将I值设置为0,并将P值设置得相对较大。当发生稳定振荡时,我们减小P值,直到P值不振荡或振荡很小(该术语称为临界振荡状态)。在这种情况下,我们还可以在一些P值的基础上添加更多。

2.增加I值,直到输出达到设定值。

3.系统冷却后,重新上电,看系统的过冲是否过大,加热速度是否过慢。

通过上面的调试过程,我们可以看出P值可以用来调整系统的响应速度,但是太大会增加过冲和建立时间;而I值主要用于减少静态误差。

PID算法

控制点目前包含三种相对简单的PID控制算法,即:增量算法,位置算法,差分优先。这三个是最简单的基本算法,每个算法都有自己的特点,并且通常满足大多数控制要求:

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1.PID增量算法

离散公式(注:每个符号的含义如下):

u(t)-----控制器的输出值。

e(t)-----控制器输入和设定值之间的误差。

Kp -------比例因子。

Ti -------积分时间常数。

Td -------微分时间常数。

T --------调整循环。

2.积分分离方法

离散公式:

Δu(t)=q0e(t)+ q1e(t-1)+ q2e(t-2)

当| e(t)|≤β

Q0=Kp(1 + T/Ti + Td/T)

Q1=-Kp(1 + 2Td/T)

Q2=Kp Td/T

当| e(t)|>β

Q0=Kp(1 + Td/T)

Q1=-Kp(1 + 2Td/T)

Q2=Kp Td/T

u(t)=u(t-1)+Δu(t)

注意:每个符号的含义如下

u(t)-----控制器的输出值。

e(t)-----控制器输入和设定值之间的误差。

Kp -------比例因子。

Ti -------积分时间常数。

Td -------微分时间常数。 (有些地方用'Kd'表示)

T --------调整循环。

β-------积分分离阈值

3.差分先验PID算法

离散公式:

u(t)-----控制器的输出值。

e(t)-----控制器输入和设定值之间的误差。

Kp -------比例因子。

Ti -------积分时间常数。

Td -------微分时间常数。 (有些地方用'Kd'表示)

T --------调整循环。

β-------积分分离阈值

PID控制:

由于PI系统中I的存在会影响整个控制系统的响应速度,为了解决这个问题,我们在控制中增加了D微分项,而微分项主要用于解决系统的响应速度问题,及其完整的公式如下:

u(t)=Kp * e(t)+KiΣe(t)+ Kd [e(t)-e(t-1)] + u0

在调试PID期间,我们应该注意以下步骤:

1)关闭I和D,即设置为0.增加P使其振荡;

2)减小P并找到临界振荡点;

3)增加I以达到目标值;

4)重新上电,看过冲,振荡和稳定时间是否符合要求;

5)适当地添加一些过冲和振荡的微分项;

6)注意所有调试应在最大竞争下调试,以确保调试结果在整个工作范围内有效;

PID控制器参数设置:

PID控制器参数设置是控制系统设计的核心内容。确定PID控制器比例因子,积分时间和微分时间大小是受控过程特性。 PID控制器的参数调整方法很多,归纳为两大类:一是理论计算调优方法。它主要根据系统的数学模型和理论计算确定控制器参数。通过该方法获得的计算数据可能无法直接使用,必须在实践中进行调整和修改。二是工程设置方法,主要依靠工程经验,在系统测试中直接控制,方法简单易掌握,在工程实践中得到广泛应用。 PID控制器参数工程调整方法主要包括临界比率法,反应曲线法和衰减法。三种方法中的每一种都有自己的特点,共同点是测试,然后工程经验公式设置控制器参数。然而,在实际操作中需要最终调整和改进使用该方法的控制器参数。它通常被用作临界比率方法。使用此方法的PID调整参数调整步骤如下:

(1)首先预先选择足够短的采样周期以使系统工作;

(2)只增加比例控制链路,直到系统在输入阶跃响应中出现临界振荡,并记录此时的比例放大系数和临界振荡周期;

(3)在一定程度的控制下,计算公式为PID控制器参数。

使用经验方法调整调节器参数,又称试错法,是大多数仪器积累数十年的调谐经验,是应用最广泛的调节器参数调节方法。它基于仪器的经验和控制过程的曲线形状。它直接逐步尝试控制控制系统,最终获得满意的控制参数。为了便于记忆和操作,仪表主机将这些经验总结为PID参数设置,即:

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参数调整以找到最佳,从小到大的顺序检查

首先,比率是后整合的,最后加上差值

曲线频繁振荡,比例盘增大。

曲线漂浮在大海湾周围,比例圆盘进入小板

曲线缓慢偏离,积分时间减少。

该曲线具有较长的波动周期,积分时间较长。

曲线以快速频率振荡,首先降低差值

波动大,波动缓慢,差异时间应加长

理想曲线两波,前高低四对一

看一下二音分析,调整质量不会低。

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从大到小,发现口中的设定参数是最好的。首先,该比率是后整合,最后添加差异。实际操作方法如下。具体操作方法如下:

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1.将积分时间TI设置为最大位置,将差分时间调整为零(TD=0),并将比例δ从大变为小。在此过程中,如果曲线频繁振荡,则应增大比例磁盘。曲线漂浮在大弯曲周围,通过调整比例来将比例盘拉到小板上,直到获得更好的控制过程曲线。

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2.将上述比例放大1.2倍,将积分时间从大到小改变。在调试期间,如果曲线缓慢偏离,则积分时间减少。曲线波动周期长,积分时间延长。良好的控制过程曲线。

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3.积分时间TI保持不变,并且改变比例δ以查看控制过程曲线是否得到改善。如果有改善,继续调整规模;如果没有改进,减小原始比例,然后改变积分时间TI以改善控制过程曲线。重复此操作多次,直到找到正确的比例和积分时间。

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如图4所示,在已设定比例度δ和积分时间TI的基础上,加人微分时间TD,加入微分后可适当减小比例度和积分时间,调整微分时间为积分时间的五分之一左右,观察控制过程曲线是否理想必要时再对比例度δ,积分时间TI,微分时间TD进行微微调整以达到:“理想曲线两个波,调节过程高质量”

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