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简述pid的原理和特点

日期:2022-06-22 10:44
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摘要: PID的原理和特点 在工程实际中,应用*为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史,它 以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到**的数学模型时,控制理论的 其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术*为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或 不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,*适合用...

PID的原理和特点


在工程实际中,应用*为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史,它 以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到**的数学模型时,控制理论的 其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术*为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或 不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,*适合用PID控制技术。PID控制,实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。
比例(P)控制
比例控制是一种*简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。
积分(I)控制
在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的 或简称有差系统(System with Steady-state Error)。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”?;窒疃晕蟛钊【鲇谑奔涞幕?,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积 分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到接近于零。因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后几乎无稳 态误差。
微分(D)控制
在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用, 其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。这就是说,在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能 够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在 调节过程中的动态特性。

举例说明

PID,就是对输入偏差进行比例积分微分运算,运算的叠加结果去控制执行机构。

P 就是比例,就是输入偏差乘以一个系数;
I 就是积分,就是对输入偏差进行积分运算;
D 就是微分,对输入偏差进行微分运算。
浅白一点说,就是先把系统调为纯比例作用,然后增强比例作用让系统震荡,记录下比例作用和震荡周期,然后这个比例作用乘以0.6,积分作用适当延长。
公式表达如下:
Kp = 0.6*Km
Kd = Kp*π/4*ω
Ki = Kp*ω/π
其中:
Kp为比例控制参数
Kd为微分控制参数
Ki为积分控制参数
Km为系统开始振荡时的比例值;
ω 为极坐标下振荡时的频率
这个方法只是提供一个大致的思路,具体情况要复杂得多。

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