PID控制的原理和方法课件.pptx

1、一、PID控制的原理和特点nPID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。 n适用情况：当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，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控制技术最为方便。 二、控制简介控制原则：稳、准、快基本控制类型：开环控制、闭环控制tyr0比例控制对象积分微分u+检测元器件eyroutoutoutdoutioutpoutDIPukeKDkeKIkeKPkekekekykrke)(*)(*)(*) 1()()()()()(_n比例（P

2、）控制 n比例控制是一种最简单的控制方式。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）。n注意:比例系数Kp的作用是加快系统的响应速度,提高系统的调节精度. Kp越大,系统的响应速度越快,系统的调节精度越高,但易产生超调,甚至会使系统不稳定. Kp取值过小,则会降低调节的精度,使响应速度过慢,从而延长调节时间,使系统静态和动态特性变坏.n积分（I）控制 n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 w

3、ith Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，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，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 n注意:积分系统Ki的作用是消除系统的稳态误差. Ki越大,系统的静态误差消除越快,但Ki过大,在响应过程的初期会产生饱和现象,从而引起响应过程的较大超调,若Ki过小,将使静态误差难以消除,影响系统的调节精度.n微分（D）控制 n在微分控制中，控制器的输出与输入误差信

4、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，而目前需要增加的是“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

5、器能改善系统在调节过程中的动态特性。 n微分作用Kd的作用是改善系统的动态特性,其作用主要是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化,对偏差变化进行提前预报.但Kd过大,会使响应提前制动,从而延长调节时间,而且会降低系统的抗干扰性能.三、PID调试一般原则na.在输出不振荡时，增大比例增益Kp 。 nb.在输出不振荡时，减小积分时间常数Ki。 nc.在输出不振荡时，增大微分时间常数Kd。 四、一般步骤a.确定比例增益Kp n确定比例增益Kp时，首先去掉PID的积分项和微分项，一般是令Ki=0、Kd=0（具体见PID的参数设定说明），使PID为纯比例调节。输入设定为系统允许的最大值的60%70%，由

6、0逐渐加大比例增益Kp ，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例增益Kp逐渐减小，直至系统振荡消失，记录此时的比例增益Kp ，设定PID的比例增益Kp为当前值的60%70%。比例增益Kp调试完成。 nb.确定积分时间常数ki n比例增益Kp确定后，设定一个较大的积分时间常数ki的初值，然后逐渐减小ki ，直至系统出现振荡，之后在反过来，逐渐加大ki ，直至系统振荡消失。记录此时的ki ，设定PID的积分时间常数ki为当前值的150%180%。积分时间常数ki调试完成。 nc.确定微分时间常数Kd n微分时间常数Kd一般不用设定，为0即可。若要设定，与确定 Kp和Ki的方法相同，取不振荡时的3

7、0%。 nd.系统空载、带载联调，再对PID参数进行微调，直至满足要求。 DoutIoutPoutukeKDoutkeKIoutkeKPoutkekekekykrkedip)(*)(*)(*) 1()()()()()(NBNM NSZOPSPMP BNBPBPBPMPMPSZOZONMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSZOPMPMPSZONSNM NMPSPSPSZONSNSNM NMPMPSZONSNM NM NM NBPBZOZONM NM NM NBNBKpeeKp的控制规则NBNM NSZOPSPMPMNBNBNBNM NM NSZOZONMNBNBNM NS

8、NSZOZONSNBNM NSNSZOPSPSZONM NM NSZOPSPMPMPSNM NSZOPSPSPMPMPMZOZOPSPSPMPBPBPBZOZOPSPMPMPBPBKieeKi的控制规则NBNM NSZOPSPMPMNBPSNSNBNBNBNM PSNMPSNSNBNM NM NSZONSZONSNM NM NSNSZOZOZONSNSNSNSNSZOPSZOZOZOZOZOZOZOPMPBNSPSPSPSPSPBPBPBPMPMPMPSPSPBKdeeKd的控制规则ter0)2() 1(2)()()1()() 1()(2| )(|)2() 1(2)()()1()() 1()(

9、2| )(|0)()(21| )(|) 1 ()2() 1() 1() 1()()(1kekekekkekkekekkukuMkekekekekkekkekekkkukuMkekekeMkekekekekekekedipdip绝对值减小方向变化变化趋势，使其朝误差作用，只要扭转误差的施一般的控制很大，可考虑控制器实但误差绝对值本身并不值增大方向变化，说明尽管误差朝绝对此时，若强的控制作用可考虑由控制器实施较，说明误差也较大，此时，如果或误差为某一常数值。绝对值增大方向变化，时，说明误差在朝误差）当（应按最大值输出。出已经很大。控制器的输时，说明误差的绝对值当减小稳态误差。很小，此时加入积分，时，说明误差的绝对值）当（较弱的控制作用可考虑实施较小，即如果此时误差的绝对值作用可考虑实施较强的控制差的绝对值较大，即极值状态。如果此时误，说明误差处于、）当（不变。虑采取保持控制器输出平衡状态。此时，可考经达到小的方向变化，或者已说明误差的绝对值朝减时，或者、）当（| )(|5)() 1()(,| )(|)() 1()(,| )(|0) 1()(0)()(40)(0) 1()(0)()(32212kekkpekkukuMkekekkkukuMkekekekekekekekekekemmp