数字PID控制器设计
PID参数设定
试凑过程可先调比例带P，再加积分时间I，最后加微分时间D，调试时，首先将PID 参数置于影响最小的位置，即P最大、I最大，D最小，按纯比例系统整定比例度，使其得到比较理想的调节过程曲线，然后，比例带缩小0 7倍左右，将积分时间从大到小改变，使其得到较好的调节过程曲线。
最后，在这个积分时间下重新改变比例带，再看调节过程曲线有无改善，如有所改善，可将原整定的比例带适当减小，或再减小积分时间，这样经过多次反复调整，就可得到合适的比例带值和积分时间。
如果在外界干扰作用下，系统稳定性不够好，可以把比例带适当调大，并且适当增加积分时间，使系统有足够的稳定性，在调试过程中可以发现，如果比例带过小，积分时间过短和微分时间过长，都会产生周期性的振荡。
但可以从以下几点分析引起振荡的因素，从而解决振荡问题。
(1)积分时间引起的振荡周期较长；(2)比例带过小引起的振荡周期较短；(3)微分时间过长引起的振荡周期最短；另外也可根据加温曲线的特点，确定参数的变化。
如果温度变化曲线是非周期性的，而且能慢慢回复到设定值，则说明积分时间过长。
如果温度变化曲线不规则，且偏离设定值较大，不能回复，则说明比例带过大本篇文章来源于百科全书转载请以链接形式注明出处网址：/jixie/jc/200904/119179.html确定控制器参数数字PID控制器控制参数的选择，可按连续-时间PID参数整定方法进行。
PID控制器的参数整定，可以不依赖于受控对象的数学模型。
工程上，PID控制器的参数常常是通过实验来确定，通过试凑，或者通过实验经验公式来确定。
常用的方法，采样周期选择，实验凑试法实验凑试法是通过闭环运行或模拟，观察系统的响应曲线，然后根据各参数对系统的影响，反复凑试参数，直至出现满意的响应，从而确定PID控制参数。
整定步骤实验凑试法的整定步骤为"先比例，再积分，最后微分"。
（1）整定比例控制将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。
PID控制教程
PID控制原理教程第一讲 数字PID概述1.1概述在连续-时间控制系统中，PID控制器应用得非常广泛。
其设计技术成熟，长期以来形成了典型的结构，参数整定方便，结构更改灵活，能满足一般的控制要求。
数字PID控制比连续PID控制更为优越，因为计算机程序的灵活性，很容易克服连续PID控制中存在的问题，经修正而得到更完善的数字PID算法。
本章将详细地讨论数字PID控制器的设计和调试问题。
1.2PID控制简介目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。
同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。
智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。
自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。
控制器的输出经过输出接口﹑执行机构﹐加到被控系统上﹔控制系统的被控量﹐经过传感器﹐变送器﹐通过输入接口送到控制器。
不同的控制系统﹐其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。
比如压力控制系统要采用压力传感器。
电加热控制系统的传感器是温度传感器。
目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。
有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。
可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。
还有可以实现PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。
《计算机控制技术》数字PID控制器设计与仿真实验报告
《计算机控制技术》数字PID控制器设计与仿真实验报告课程名称：计算机控制技术实验实验类型：设计型实验项目名称：数字PID控制器设计与仿真一、实验目的和要求1. 学习并掌握数字PID以及积分分离PID控制算法的设计原理及应用。
2. 学习并掌握数字PID控制算法参数整定方法。
二、实验内容和原理图3-1图3-1是一个典型的 PID 闭环控制系统方框图，其硬件电路原理及接线图可设计如图1-2所示。
图3-2中画“○”的线需用户在实验中自行接好，对象需用户在模拟实验平台上的运放单元搭接。
图3-2上图中，ADC1为模拟输入，DAC1为模拟输出，“DIN0”是C8051F管脚 P1.4，在这里作为输入管脚用来检测信号是否同步。
这里，系统误差信号E通过模数转换“ADC1”端输入，控制机的定时器作为基准时钟(初始化为10ms)，定时采集“ADC1”端的信号，得到信号E的数字量，并进行PID计算，得到相应的控制量，再把控制量送到控制计算机及其接口单元，由“DAC1”端输出相应的模拟信号，来控制对象系统。
本实验中，采用位置式PID算式。
在一般的PID控制中，当有较大的扰动或大幅度改变给定值时，会有较大的误差，以及系统有惯性和滞后，因此在积分项的作用下，往往会使系统超调变大、过渡时间变长。
为此，可采用积分分离法PID控制算法，即：当误差e(k)较大时，取消积分作用；当误差e(k)较小时才将积分作用加入。
图3-3是积分分离法PID控制实验的参考程序流程图。
图3-3三、主要仪器设备计算机、模拟电气实验箱四、操作方法与实验步骤1.按照图3-2搭建实验仿真平台。
2.确定系统的采样周期以及积分分离值。
3.参考给出的流程图编写实验程序，将积分分离值设为最大值0x7F，编译、链接。
4.点击，使系统进入调试模式，点击，使系统开始运行，用示波器分别观测输入端R以及输出端C。
5.如果系统性能不满意，用凑试法修改PID参数，再重复步骤3和4，直到响应曲线满意，并记录响应曲线的超调量和过渡时间。
PID控制算法（PID控制原理与程序流程）
PID控制算法（PID控制原理与程序流程）⼀、PID控制原理与程序流程(⼀)过程控制的基本概念过程控制――对⽣产过程的某⼀或某些物理参数进⾏的⾃动控制。
1、模拟控制系统图5-1-1 基本模拟反馈控制回路被控量的值由传感器或变送器来检测，这个值与给定值进⾏⽐较，得到偏差，模拟调节器依⼀定控制规律使操作变量变化，以使偏差趋近于零，其输出通过执⾏器作⽤于过程。
控制规律⽤对应的模拟硬件来实现，控制规律的修改需要更换模拟硬件。
2、微机过程控制系统图5-1-2 微机过程控制系统基本框图以微型计算机作为控制器。
控制规律的实现，是通过软件来完成的。
改变控制规律，只要改变相应的程序即可。
3、数字控制系统DDC图5-1-3 DDC系统构成框图DDC(Direct Digital Congtrol)系统是计算机⽤于过程控制的最典型的⼀种系统。
微型计算机通过过程输⼊通道对⼀个或多个物理量进⾏检测，并根据确定的控制规律(算法)进⾏计算，通过输出通道直接去控制执⾏机构，使各被控量达到预定的要求。
由于计算机的决策直接作⽤于过程，故称为直接数字控制。
DDC系统也是计算机在⼯业应⽤中最普遍的⼀种形式。
(⼆)模拟PID调节器1、模拟PID控制系统组成图5－1－4 模拟PID控制系统原理框图2、模拟PID调节器的微分⽅程和传输函数PID调节器是⼀种线性调节器，它将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的⽐例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进⾏控制。
a、PID调节器的微分⽅程式中b、PID调节器的传输函数a、⽐例环节：即时成⽐例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差⼀旦产⽣，调节器⽴即产⽣控制作⽤以减⼩偏差。
b、积分环节：主要⽤于消除静差，提⾼系统的⽆差度。
积分作⽤的强弱取决于积分时间常数TI，TI越⼤，积分作⽤越弱，反之则越强。
c、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太⼤之前，在系统中引⼊⼀个有效的早期修正信号，从⽽加快系统的动作速度，减⼩调节时间。
基于磁流变气动伺服系统的数字PID控制器的设计
场 的大 小 ， 而 改 变磁 流变 液 体 的 阻 尼 ， 现 系 统 的柔 性 定 从 实 位 ， 时获 得 较 高 的 定 位 精 度 和 良好 的速 度 平 稳 性 。对 于 同 磁 流 变 流 体 传 动 系统 的控 制 国 内 也 处 于 研 究 阶段 ， 目前 国 内还 没 有 实 际 产 品 的相 关 报 道 。 考 虑 到 在 磁 流 变气 动伺 服 控 制 系 统 控 制 过 程 中 ， 定 给
ｕ ｋ～ １ （ ）＝
Ｋ
＋ｌ ＋ 毒 ‘０ ｉ
－ ］１ 一） （
其 中 ：（ ） ｕｋ １的 一 偏 差 信 号 Ａ （ ） ｕｋ 一 （一 ） ｕｋ 。
Ａｕ ｋ ： ｕ ｋ 一 ｕ（ （） （） ｋ一 １ ＝ ）
信 号 有 两 个 ： 移 和运 行 速 度 。 其 中 对 位 移 控 制 是 主要 控 位
为广 泛 的 调节 器 ， 虑 到本 系 统 的 驱 动 对 象 为 阻 感 性 的 阻 考
尼 器 ， 一 定 的 滞后 性 ， 有 因此 本 控 制 系 统 须 对 传 统 的 控 制 器 算 法 进行 改进 ， 达 到预 期 的控 制 目的 。 以
图 １ 增 量 式 控 制 系统 示 意 图
基 于磁 流 变 气动 伺 服 系统 的数 字 Ｐ Ｄ 控 制 器 的 设 计 Ｉ
杨 华
＼ 湖南大学 ２
王 焱 玉 谢 仁 恩。
机 械 工 程 系， 西 广 桂林 ５１０ 、 ４０４
， ４０ ８ １０ ２
／ 桂 林航 天 工业 高等 专 科 学校 １
教 育技 术 研 究 所 ， 南 容 许 的 ， 某 种 场 合 还 可 能 造 成 在
基 于 磁 流变 技 术 的 气 动 位 置伺 服 系 统 融 合 了气 动 技 术 重 大 的 生 产 事故 ， 此 系 统 采 用 增量 式 控 制 算 法 ， 算 法 的 为 该
pid校正设计课程设计
pid校正设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解PID校正的基本概念，掌握其工作原理和数学模型。
2. 学生能描述PID校正参数对系统性能的影响，如稳定性、快速性和准确性。
3. 学生能运用PID校正方法对给定的控制对象进行数学建模和参数设计。
技能目标：1. 学生能够运用模拟和数字方法实现基本的PID控制器设计。
2. 学生能够使用仿真软件对PID控制系统进行模拟和性能分析。
3. 学生能够通过实验和调试，优化PID参数，达到预定的控制效果。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对自动化控制技术的兴趣，认识到其在工程领域的重要性。
2. 学生通过小组合作完成任务，培养团队协作和问题解决的积极态度。
3. 学生通过实际操作和问题分析，增强对理论与实践相结合的认识，形成科学严谨的学习态度。
分析：本课程针对高年级工程技术类专业学生设计，课程性质为专业核心课，旨在通过PID校正的理论与实践，提升学生对自动控制系统的理解和应用能力。
学生具备一定的电路基础和控制理论，具有较强的逻辑思维和动手能力。
教学要求强调理论与实践相结合，注重培养学生的实际操作能力和创新思维。
课程目标设定考虑了学生的前序知识水平和后续发展需求，将目标具体化为可观察、可衡量的学习成果，以便于通过课程学习，学生能够达到预设的知识、技能和情感态度价值观的预期成果。
二、教学内容1. PID校正的基本原理- 控制系统的数学模型- PID控制器的定义与分类- PID控制器的数学表达式2. PID参数对系统性能的影响- 参数Kp、Ki、Kd对系统响应的影响- 系统稳定性分析- 系统快速性与准确性的权衡3. PID控制器的设计方法- Ziegler-Nichols方法- 尺度变换法- 模拟与数字PID控制器的设计4. PID控制系统的仿真与分析- 使用MATLAB/Simulink进行仿真- 系统性能指标的评估- 参数优化与调试5. 实践环节- 搭建简易控制系统- 实际操作PID控制器- 实验数据分析与总结教学内容根据课程目标进行选择和组织，注重科学性和系统性。
基于PID的液位控制系统的设计与实现
基于PID的液位控制系统的设计与实现液位控制系统是工业生产过程中常用的控制技术之一、PID（比例-积分-微分）控制器是一种经典的控制算法，可以有效地实现液位控制。
本文将设计和实现基于PID的液位控制系统。
液位控制系统一般由传感器、执行器和控制器组成。
传感器用于测量液位高度，执行器用于调节液位，而控制器则根据测量值和设定值之间的差异来控制执行器的运动。
在这个过程中，PID控制器起到关键的作用。
首先，我们需要设计传感器来测量液位高度。
常见的液位传感器有浮子式、压力式和电容式传感器。
根据实际应用需求，选择适合的传感器。
传感器的输出值将作为反馈信号输入到PID控制器中。
其次，我们需要选择合适的执行器来调节液位。
根据液位的控制需求，可以选择阀门、泵等执行器。
这些执行器的动作是由PID控制器输出的控制信号来控制的。
接下来，我们将重点介绍PID控制器的设计和实现。
PID控制器由比例、积分和微分三个部分组成。
比例部分输出和误差成正比，积分部分输出和误差的累积和成正比，微分部分输出和误差的变化率成正比。
PID控制器的公式为：输出=Kp*错误+Ki*积分误差+Kd*微分误差其中，Kp、Ki、Kd是PID控制器的三个参数。
这些参数的选择对于系统的稳定性和响应速度有重要影响。
参数的选择需要通过实验和调试来确定。
在PID控制器的实现中，有两种常用的方式：模拟PID和数字PID。
模拟PID控制器基于模拟电路实现，适用于一些低要求的应用场景。
数字PID控制器基于微处理器或单片机实现，适用于更复杂的控制场景。
在具体的实现中，我们需要先进行系统建模和参数调整。
系统建模是将液位控制系统转化为数学模型，以便进行分析和设计。
常见的建模方法有传递函数法和状态空间法。
参数调整是通过实验和仿真等手段来确定PID控制器的参数。
接下来，根据建模和参数调整的结果，我们可以进行PID控制器的实际设计和实现。
在设计过程中，需要注意选择合适的控制算法和调试方法，以保证系统的稳定性和性能。
基于FPGA的数字PID控制器设计
实 现 数 字 Ｐ Ｄ控 制 器 的设 计 ，提 高 系 统 的 运 算 速 Ｉ 度 、 少系统 的体 积 、 强其 可靠 性 。 减 增
２ 各 功 能模 块 的 设计 １ Ｐ Ｄ 控 制 算 法 Ｉ
在此将 详 细描述 各模块 的具 体实 现过程 。使 用
完整 的 Ｐ Ｄ控 制表 达式 为 ： Ｉ
式（） ２ 为增量 型 Ｐ Ｄ控 制算 法 。从式 （ ） Ｉ ２ 可看 出增 量
分 、积分参数 的控制策 略来 达到 最佳 系统 响应 和控
制效 果 。但 是采 用 微处 理 器来 实 现 时 ． 能完 全 避 不
型 控制算 法 只与前 三次 采样值 有关 ，不需 要大量 的
数据 存储 和 累加 ． 因而不 易引起 误差 累积 ， 计算量 小
馈 值 ｙ 求偏 差 ， ） 然后 把 所 得 的 偏差 值 传 给 后续 模 块进 行处 理 ， 图 ２所示 。复位 信号 ｒｓｔ 如 ｅｅ 为低 电平 时 复位 ， 则 ， 否 在输 入 时钟 的上 升沿 到 达 时 ， 在使 能
收 稿 日期 ：ｏ ９ ０ 一 ３ ２ ｏ — ９ ｌ
作 者简 介 ： 昭 明 （９ ５ ， ， 陈 １８ 一）男 四川 人 ， 国航 天 科技 集 团第 四研 究 院 ４ １ 硕 士研 究 生 ， 究 方 向为 测 试 计 量技 术及 仪 器 。 中 ０所 研
且实 时性 好 。其结构 原理 如 图 １ 所示 。
免程序 跑 飞和计算 机误 动作 对整 个控制 系统 的破 坏
性 影 响 。现场 可编 程 门阵列 Ｆ Ｇ 的出现 为 Ｐ Ｄ控 ＰＡ Ｉ 制 器 的设 计提 供 了新 的实现手 段 。 Ｐ Ａ集成度 高 、 ＦＧ 体 积小 、 功耗低 、 靠性 高 、 可 设计 方 法灵 活 ， 仅具有 不 反 复编 程 、 复探 险 、 复使 用 等特 点 ， 能 得 到实 反 反 更
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数字PID控制器设计
实验报告
学院电子信息学院
专业电气工程及其自动化学号
姓名
指导教师杨奕飞
数字PID控制器设计报告
一．设计目的
采用增量算法实现该PID控制器。
二．设计要求
掌握PID设计方法及MATLAB设计仿真。
三．设计任务
设单位反馈系统的开环传递函数为：
设计数字PID控制器，使系统的稳态误差不大于，超调量不大于20%，调节时间不大于。
采用增量算法实现该PID控制器。
四．设计原理
数字PID原理结构图
PID控制器的数学描述为：
式中，Kp为比例系数；T1为积分时间常数；T D为微分时间常数。
设u(k)为第K次采样时刻控制器的输出值，可得离散的PID表达式为:?
使用模拟控制器离散化的方法,将理想模拟PID控制器D(s)转化为响应的理想数字PID控制器D(z).采用后向差分法,得到数字控制器的脉冲传递函数。
2.增量式PID控制算法
u(k)=u(k-1)+Δu(k)
增量式PID控制系统框图
五．Matlab仿真选择数字PID参数
利用扩充临界比例带法选择数字PID参数，扩充临界比例带法是以模拟PID调节器中使用的临界比例带法为基础的一种数字PID参数
的整定方法。
其整定步骤如下
1)选择合适的采样周期T：，因为Tmin<1/10 T,选择采样周期为；
2)在纯比例的作用下,给定输入阶跃变化时,逐渐加大比例作用
Kp(即减小比例带δ),直至系统出现等幅震荡,记录比例增益
Kr,及振荡周期Tr 。
Kr成为临界振荡比例增益(对应的临界比
例带δ),Tr成为临界振荡周期。
在Matlab中输入如下程序?
G=tf(1,[1/150,36/150,185/150,1]);
p=[35:2:45];
for i=1:length(p)
Gc=feedback(p(i)*G,1);
step(Gc),hold on
end;
axis([0,3,0,])
得到如下所示图形：
改变其中的参数P=[35:2:45]为p=[40:1:45]得到下图曲线，得Kr约为43，Tr
约为.
在smulink中建立如下模型，可得Kr=,Tr=。
3.选择控制度?
控制度的定义为数字调节器和模拟调节所对应的国度过程的误差平方积分之
比,即控制度=
202
D e dt
e dt
∞
∞⎰⎰
式中,?D e 为数字调节器的控制误差;e 为模拟调节器的控
制误差.当控制度为时,数字调节器鱼模拟调节器的控制效果相当;当控制 度为2时,数字调节器比模拟调节器的控制效果差一倍;在此选控制度为。
4.按选择的控制度指标及Tr,Kr 实验测得值
由查表选择相应的计算公式计算采样周期：T=*Tr=，Kp=*Kr=，TI=*Tr=，TD=*Tr=; P I i I K T K K T T ==
=，d P D D K K T
K T T
=== 扩充临界比例度法整定计算公式表
控制度
控制规律
T/Tr Kp/Kr Ti/Tr Td/Tr
PI PID
PI PID
PI
PID
PI
PID 模拟控制器PI
PID
简化扩充临界比例法法PI PID
六.Matlab/Simulink 控制系统建模
1.控制器
2.采用后向差分离散化可得：
D(Z)=U(Z)/E(Z)=KP(1-Zˉ1)+KI+KD(1-Zˉ1)^2=[(KP+KI+KD)Z^2-(KP+2KD)Z+ KD]/Z^2
将KP=*Kr=25,KI=Ki*T=,KD=230代入
D(z)=^2-567z+270)/z^2
3.仿真模型图
4.输出阶跃响应曲线
5．试凑法微调参数
Kp Ki Kd 超调量调整时间
27 230 ————————————
40 5 230 25
50 5 230 15
50 230 19
6.最终PID参数及输出响应曲线
采用试凑法得到一组数据：kp=50,ki=,kd=250
输出响应曲线为:
七．心得体会
通过这次课程设计，认识了自动控制领域最常用的PID控制技术，基本掌握了PID控制的基本规律，同时也认识到自动控制系统的复杂性。
在运用MATLAB软件时经常会碰到一些问题，而我们手中的资料有限，时间和精力有限，并不能解决所有问题。
比如在PID控制时，一旦选定了Ki和Kd后，超调量随Kp的变化并不明显，这是我无法理解的，当Kp增加时，系统仅仅提高了响应的快速性，而超调量并没有显着的变化。
又如，在PD控制时，当Kd和Kp取值足够大时，便可以使响应曲线完全理想化，即响应时间趋于0，超调量
趋于0，在本系统中也满足足够的稳态精度，我就会这样怀疑，并不是所有系统采用PID控制效果一定比其他控制效果要好。
所以这些问题有待于在今后的学习和实验中寻求答案。
八．参考文献
1计算机控制技术（第二版）姜学军刘新国李晓静编着。