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    PID 控制通俗的理解

    2021-06-01 20:20:58

    PID是比例、積分、微分的簡稱,PID控制的難點不是編程,而是控制器的參數整定。參數整定的關鍵是正確地理解各參數的物理意義。 

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    1.PID是一個閉環控制算法。因此要實現PID算法,必須在硬件上具有閉環控制,就是得有反饋。比如控制一個電機的轉速,就得有一個測量轉速的傳感器,并將結果反饋到控制路線上,下面也將以轉速控制為例。 

    2.PID是比例(P)、積分(I)、微分(D)控制算法。但并不是必須同時具備這三種算法,也可以是PD,PI,甚至只有P算法控制。我以前對于閉環控制的一個最樸素的想法就只有P控制,將當前結果反饋回來,再與目標相減,為正的話,就減速,為負的話就加速?,F在知道這只是最簡單的閉環控制算法。 

    3,比例(P)、積分(I)、微分(D)控制算法各有作用: 

         比例,反應系統的基本(當前)偏差e(t),系數大,可以加快調節,減小誤差,但過大的比例使系統穩定性下降,甚至造成系統不穩定; 

         積分,反應系統的累計偏差,使系統消除穩態誤差,提高無差度,因為有誤差,積分調節就進行,直至無誤差; 

         微分,反映系統偏差信號的變化率e(t)-e(t-1),具有預見性,能預見偏差變化的趨勢,產生超前的控制作用,在偏差還沒有形成之前,已被微分調節作用消除,因此可以改善系統的動態性能。但是微分對噪聲干擾有放大作用,加強微分對系統抗干擾不利。 積分和微分都不能單獨起作用,必須與比例控制配合。


    各種控制規律的控制特點:

    1、比例控制規律P:采用P控制規律能較快地克服擾動的影響,它的作用于輸出值較快,但不能很好穩定在一個理想的數值,不良的結果是雖較能有效的克服擾動的影響,但有余差出現。它適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、控制要求不高、被控參數允許在一定范圍內有余差的場合。

    2、比例積分控制規律(PI):在工程中比例積分控制規律是應用最廣泛的一種控制規律。積分能在比例的基礎上消除余差,它適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、被控參數不允許有余差的場合。

    3、比例微分控制規律(PD):微分具有超前作用,對于具有容量滯后的控制通道,引入微分參與控制,在微分項設置得當的情況下,對于提高系統的動態性能指標,有著顯著效果。因此,對于控制通道的時間常數或容量滯后較大的場合。

    4、例積分微分控制規律(PID):PID控制規律是一種較理想的控制規律,它在比例的基礎上引入積分,可以消除余差,再加入微分作用,又能提高系統的穩定性。它適用于控制通道時間常數或容量滯后較大、控制要求較高的場合。如溫度控制、成分控制等


    鑒于D規律的作用:我們還必須了解時間滯后的概念,時間滯后包括容量滯后與純滯后。其中容量滯后通常又包括:測量滯后和傳送滯后。測量滯后是檢測元件在檢測時需要建立一種平衡,如熱電偶、熱電阻、壓力等響應較慢產生的一種滯后。而傳送滯后則是在傳感器、變送器、執行機構等設備產生的一種控制滯后。純滯后是相對與測量滯后的,在工業上,大多的純滯后是由于物料傳輸所致,如:大窯玻璃液位,在投料機動作到核子液位儀檢測需要很長的一段時間。 


        總之,控制規律的選用要根據過程特性和工藝要求來選取,決不是說PID控制規律在任何情況下都具有較好的控制性能,不分場合都采用是不明智的。如果這樣做,只會給其它工作增加復雜性,并給參數整定帶來困難。當采用PID控制器還達不到工藝要求,則需要考慮其它的控制方案。如串級控制、前饋控制、大滯后控制等


    PID參數的調整方法

       在整定PID控制器參數時,可以根據控制器的參數與系統動態性能和穩態性能之間的定性關系,用實驗的方法來調節控制器的參數。有經驗的調試人員一般可以較快地得到較為滿意的調試結果。在調試中最重要的問題是在系統性能不能令人滿意時,知道應該調節哪一個參數,該參數應該增大還是減小。

       為了減少需要整定的參數,首先可以采用PI控制器。為了保證系統的安全,在調試開始時應設置比較保守的參數,例如比例系數不要太大,積分時間不要太小,以避免出現系統不穩定或超調量過大的異常情況。給出一個階躍給定信號,根據被控量的輸出波形可以獲得系統性能的信息,例如超調量和調節時間。應根據PID參數與系統性能的關系,反復調節PID的參數。

       如果階躍響應的超調量太大,經過多次振蕩才能穩定或者根本不穩定,應減小比例系數、增大積分時間。如果階躍響應沒有超調量,但是被控量上升過于緩慢,過渡過程時間太長,應按相反的方向調整參數。

       如果消除誤差的速度較慢,可以適當減小積分時間,增強積分作用。

       反復調節比例系數和積分時間,如果超調量仍然較大,可以加入微分控制,微分時間從0逐漸增大,反復調節控制器的比例、積分和微分部分的參數。

       總之蘭州自動化PID參數的調試是一個綜合的、各參數互相影響的過程,實際調試過程中的多次嘗試是非常重要的,也是必須的。

        




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