自动控制学习笔记(PID控制原理).docx

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1、PID控制原理P1D算法是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性（系统抵御各种扰动因素一一包括系统内部结构、参数的不确定性，系统外部的各种干扰等的能力）好及可靠性高而被广泛地应用于过程控制和运动控制中。尤其是随着计算机技术的发展，数字PID控制被广泛地加以应用，不同的PID控制算法其控制效果也各有不同。将偏差的比例（Proportion）积分（Integra1）和微分（Differentia1）通过线性组合构成控制量，用这一控制量对被控对象进行控制，这样的控制器称PID控制器。模拟PID控制原理在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是P1D控制。常规的模拟P1D控制系统原理框图如

2、图所示。该系统由模拟P1D控制器和被控对象组成。图中，r（力是给定值，y（力是系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成控制偏差e1）（杷）=r（一y（方）（式11）e（。作为PID控制的输入，（力作为PID控制器的输出和被控对象的输入。所以模拟PID控制器的控制规律为u（方）-Kpe（）+彳。&（）由若产（式12）其中：Kp控制器的比例系数Ti控制器的积分时间，也称积分系数Td-控制器的微分时间，也称微分系数1、比例部分比例部分的数学式表示是：Kp*e（t）在模拟PID控制器中，比例环节的作用是对偏差瞬间作出反应。偏差一旦产生控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏差的方向变化。控制作用的强弱

3、取决于比例系数比例系数越大，控制作用越强，则过渡过程越快，控制过程的静态偏差也就越小；但是a越大，也越容易产生振荡，破坏系统的稳定性。故而,比例系数a选择必须恰当，才能过渡时间少，静差小而又稳定的效果。2、积分部分积分部分的数学式表示是：1U从积分部分的数学表达式可以知道，只要存在偏差，则它的控制作用就不断的增加；只有在偏差e（t）=0时，它的积分才能是一个常数，控制作用才是一个不会增加的常数。可见，积分部分可以消除系统的偏差。积分环节的调节作用虽然会消除静态误差，但也会降低系统的响应速度，增加系统的超调量。积分常数Ti越大，积分的积累作用越弱，这时系统在过渡时不会产生振荡；但是增大积分常数会

4、减慢静态误差的消除过程，消除偏差所需的时间也较长，但可以减少超调量，提高系统的稳定性。当方较小时，则积分的作用较强，这时系统过渡时间中有可能产生振荡，不过消除偏差所需的时间较短。所以必须根据实际控制的具体要求来确定Tio3、微分部分微分部分的数学式表示是：Kp*等实际的控制系统除了希望消除静态误差外，还要求加快调节过程。在偏差出现的瞬间，或在偏差变化的瞬间，不但要对偏差量做出立即响应（比例环节的作用），而且要根据偏差的变化趋势预先给出适当的纠正。为了实现这一作用，可在P1控制器的基础上加入微分环节，形成P1D控制器。微分环节的作用使阻止偏差的变化。它是根据偏差的变化趋势（变化速度）进行控制。偏

5、差变化的越快，微分控制器的输出就越大，并能在偏差值变大之前进行修正。微分作用的引入，将有助于减小超调量，克服振荡，使系统趋于稳定,特别对高阶系统非常有利，它加快了系统的跟踪速度。但微分的作用对输入信号的噪声很敏感，对那些噪声较大的系统一般不用微分，或在微分起作用之前先对输入信号进行滤波。微分部分的作用由微分时间常数Ty决定。TW大时，则它抑制偏差e（力变化的作用越强；通小时，则它反抗偏差e（t）变化的作用越弱。微分部分显然对系统稳定有很大的作用。适当地选择微分常数M可以使微分作用达到最优。数字式P1D控制算法可以分为位置式PID和增量式P1D控制算法。控制器参数整定控制器参数整定：指决定调节器

6、的比例系数Kp、积分时间Ti.微分时间打和采样周期TS的具体数值。整定的实质是通过改变调节器的参数，使其特性和过程特性相匹配，以改善系统的动态和静态指标，取得最佳的控制效果。整定调节器参数的方法很多，归纳起来可分为两大类，即理论计算整定法和工程整定法。理论计算整定法有对数频率特性法和根轨迹法等；工程整定法有凑试法、临界比例法、经验法、衰减曲线法和响应曲线法等。工程整定法特点不需要事先知道过程的数学模型，直接在过程控制系统中进行现场整定方法简单、计算简便、易于掌握。凑试法按照先比例（P）、再积分（I）、最后微分（D）的顺序。临界比例法在闭环控制系统里，将调节器置于纯比例作用下，从小到大逐渐改变调节器的比例系数，得到等幅振荡的过渡过程。此时的比例系数称为临界比例系数及/,相邻两个波峰间的时间间隔，称为临界振荡周期乃。经验法用凑试法确定P1D参数需要经过多次反复的实验，为了减少凑试次数，提高工作效率，可以借鉴他人的经验，并根据一定的要求，事先作少量的实验，以得到若干基准参数，然后按照经验公式，用这些基准参数导出PID控制参数，这就是经验法。