PID控制技术第一章概述..
pid零基础详解
PID控制器是一种常用的闭环控制方案，它通过对系统的误差进行反馈调整，以实现
目标状态的控制。
PID控制器由三个控制参数组成：比例系数（Proportional）、积分
时间（Integral）和微分时间（Derivative），因此也称为比例-积分-微分控制器。
以下是PID控制器的三个控制参数的作用及其工作原理：
1. 比例系数（P）：P控制器是最基本的控制器，它根据当前误差信号与目标值之间的
差异，产生一个输出量，该输出量与误差成正比。
比例系数越大，控制器对误差的响
应越快，但可能会引起系统震荡。
2. 积分时间（I）：I控制器根据误差信号与目标值之间的积分结果，产生一个输出量，该输出量与系统误差积分成正比。
积分时间越长，控制器对系统的稳态误差越敏感，
但可能会引起系统的超调。
3. 微分时间（D）：D控制器根据误差信号与目标值之间的变化率，产生一个输出量，该输出量与误差变化率成正比。
微分时间越短，控制器对系统的响应越快，但可能会
引起系统噪声的放大。
PID控制器通过对这三个控制参数的调整，可以实现对系统的动态响应性能和稳态精
度的优化。
在实际应用中，需要根据具体的系统特性进行参数调试，以达到最佳的控
制效果。
总之，PID控制器是一种常用的闭环控制方案，具有简单、可靠、易于实现等优点，
在工业自动化、机器人控制、电子设备等领域得到广泛应用。
PID控制模块简介
3.3 逻辑设计
........................................................................... 27
4 PID 块说
................................................................................... 29
参考图一：过程控制系统软件模块的结构。WINPC32 提供的 PID 控制模块具有 32 个多 回路死循环控制的设定软件，提供的控制模式包括 ON-OFF 控制、P 控制、PI 控制以及 PID 控制，其控制核心提供上述标准的反馈控制运算法则，将其做成软件模块化连结至 控制系统中，使其能与其它 WINPC32 系统控制软件模块同步运作，控制核心会在固定 周期时间内做一次精确反馈控制逻辑运算，以达到实时的闭回路过程控制的功能。使用 者亦可利用呼叫标准 C 语言的使用者自定逻辑程序(Call C)，进行更复杂的反馈控制逻 辑运算(如 Fuzzy, Neural 控制)，将客户本身的专业技术与 WINPC32 结合来创建客户自 己的 WINPC32 特殊软件。
3
PID 控制模块 断线侦测：输入感测线(热电偶)断线自动侦测功能，以及输出负载组件(加热器) 断线自动侦测功能。输出负载断线侦测针对负载组件的通电电流，利用电流检测 器 CT(Current Transformer) 将其大的电流信号转换成电压值加以检测。
4
PID 控制模块
一、过程控制器的控制模式
Bias：控制器前馈补偿值 Kc：控制器的比例常数 SP：控制器目标设定值 PV：控制器现在量测值 仅用比例控制时，控制变量与设定值之间会存有偏差（Offset）。Kc 愈大，偏差会愈小。
plc中的pid死区控制算法
PLC中的PID死区控制算法一、概述在工业控制领域，PID控制算法是最常见的控制算法之一，它通过比较实际值和期望值之间的差异，对控制系统的输出进行调整，从而使实际值逐渐趋向于期望值。
然而，在一些特定的应用场景下，PID控制算法可能会出现“死区”现象，即系统输出在没有发生明显变化的情况下停滞不前。
为了解决这一问题，PLC中引入了PID死区控制算法，本文将对其原理和应用进行详细介绍。
二、PID控制算法的原理1. 比例控制部分（P）比例控制部分以实际值与期望值之间的偏差（e）为输入，通过乘以一个比例系数（Kp）得到输出。
比例控制部分的作用是快速响应系统的变化，但存在无法消除静差的缺点。
2. 积分控制部分（I）积分控制部分将实际值与期望值之间的偏差进行累积，通过乘以一个积分系数（Ki）得到输出。
积分控制部分的作用是消除静差，但存在响应速度慢的缺点。
3. 微分控制部分（D）微分控制部分以偏差的变化率为输入，通过乘以一个微分系数（Kd）得到输出。
微分控制部分的作用是抑制系统振荡，但存在对噪声敏感的缺点。
以上三个部分的输出之和即为PID控制算法的最终输出。
三、PID死区控制算法的原理在实际工业应用中，由于某些因素的影响，控制系统的输出可能会受到一定范围内的限制，这就产生了所谓的“死区”。
当系统输出处于死区内时，PID控制算法的作用就会减弱甚至消失，导致系统无法正常运作。
为了解决这一问题，PLC中引入了PID死区控制算法。
PID死区控制算法的原理是在PID控制算法的基础上加入死区补偿部分，当系统输出处于死区内时，死区补偿部分会根据系统的状态进行调整，从而使系统能够正常运作。
四、PID死区控制算法的应用PID死区控制算法在工业控制领域得到了广泛的应用，以下是一些具体的应用场景：1. 电机控制在电机控制系统中，PID死区控制算法可以有效解决电机启动和停止时产生的死区现象，提高电机的控制精度和响应速度。
2. 温度控制在温度控制系统中，PID死区控制算法可以应对物体温度变化缓慢或者受环境影响导致的死区现象，保证控制系统的稳定性和精度。
《PID控制原理》课件
智能PID控制器
随着人工智能技术的发展，将人工智能算法与PID控制器相结合，形成智能PID控制器，可以自动调整PID控制器的参数，提高控制效果。
自适应PID控制器
自适应PID控制器可以根据系统参数的变化自动调整PID控制器的参数，提高系统的适应性和鲁棒性。
多变量PID控制器
多变量PID控制器可以同时控制多个变量，提高系统的控制精度和效率。
02
CHAPTER
PID控制器的参数整定
PID控制器参数对系统性能的影响
PID控制器的参数直接决定了系统的响应速度、超调量、调节时间和稳定性等性能指标，因此合理整定PID控制器参数对控制系统至关重要。
PID控制器参数与系统动态特性的关系
PID控制器参数的选择与系统的动态特性密切相关，不同的系统需要不同的PID参数配置，以实现最佳的控制效果。
根据系统特性选择合适的PID控制器参数
不同类型的系统具有不同的动态特性，需要根据系统的具体情况选择合适的PID参数。例如，对于快速响应系统，应选择较大的比例增益和较小的积分时间常数；对于慢速响应系统，应选择较小的比例增益和较大的积分时间常数。
逐步调整PID控制器参数
在调整PID控制器参数时，应遵循逐步调整的原则，先调整比例增益，再调整积分时间常数和微分时间常数。每次调整后都需要观察系统的响应特性，根据实际情况进行调整。
微分环节
比例环节
根据误差信号的大小，成比例地调整输出信号。当误差较大时，输出信号也相应增大，以迅速减小误差；当误差较小时，输出信号逐渐减小，以避免超调。
积分环节
对误差信号进行积分运算。积分环节的作用是消除静差，提高系统的控制精度。通过积分运算，可以逐渐减小误差，直到误差为零。
微分环节
PID控制练习
PID控制的基本原理1. PID控制概述当今的自动控制技术绝大部分是基于反馈概念的。
反馈理论包括三个基本要素：测量、比较和执行。
测量关心的是变量，并与期望值相比较，以此误差来纠正和控制系统的响应。
反馈理论及其在自动控制中应用的关键是：做出正确测量与比较后，如何用于系统的纠正与调节。
在过去的几十年里，PID控制，也就是比例积分微分控制在工业控制中得到了广泛应用。
在控制理论和技术飞速发展的今天，在工业过程控制中95鸠上的控制回路都具有PID结构，而且许多高级控制都是以PID控制为基础的。
PID 控制器由比例单元（P）、积分单元（I ）和微分单元（D）组成，它的基本原理比较简单，基本的PID控制规律可描述为：GS K P乍K D S（1-1）PID 控制用途广泛，使用灵活，已有系列化控制器产品，使用中只需设定三个参数（K P，«］和K D）即可。
在很多情况下，并不一定需要三个单元，可以取其中的一到两个单元，不过比例控制单元是必不可少的。
PID 控制具有以下优点：（1）原理简单，使用方便，PID参数K P、K I和K D可以根据过程动态特性变化，PID参数就可以重新进行调整与设定。
（2）适应性强，按PID控制规律进行工作的控制器早已商品化，即使目前最新式的过程控制计算机，其基本控制功能也仍然是PID控制。
PID应用范围广，虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过适当简化，也可以将其变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，就可以进行PID控制了。
（3）鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不太敏感。
但不可否认PID也有其固有的缺点。
PID在控制非线性、时变、偶合及参数和结构不缺点的复杂过程时，效果不是太好；最主要的是：如果PID控制器不能控制复杂过程，无论怎么调参数作用都不大。
在科学技术尤其是计算机技术迅速发展的今天，虽然涌现出了许多新的控制方法，但PID仍因其自身的优点而得到了最广泛的应用，PID控制规律仍是最普遍的控制规律。
pid控制原理
pid控制原理PID控制（PID，比例／积分／微分控制）是控制科学和控制工程中最常用的控制算法之一，它的思想是通过控制环节的反馈信号，使系统的性能更加接近预期的输出目标。
PID控制是一种闭环控制系统，也可以称为自动控制系统或反馈控制系统，它可以检测系统的输入，然后根据这些信息来控制系统的输出。
PID控制是一种利用系统反馈信号来控制系统的一种技术。
PID控制技术是一种综合性的控制技术，它综合了比例控制、积分控制、微分控制三种控制技术，其中比例控制用于调整输出与期望值之间的偏离度，积分控制用于调整输出与期望值之间长期偏离度，而微分控制则用于减少输出与期望值之间的扰动，以达到输出控制的完美效果。
PID控制有以下优点：反应灵敏，抗扰动能力强，调节速度快，稳定性好，调节精度高。
它经常用在各种机械设备、仪器仪表和自动化系统中，给人们的生活和工作带来了很大的便利。
第二部分：PID控制技术的实现1、比例控制比例控制是PID技术中最基本的技术，它是一种直接控制技术，其目的是使系统的反馈信号与期望输出信号差距最小，以达到调节系统输出的最佳效果。
其操作原理是：当控制参量的变化值超过比例常数的设定范围时，系统的输出变化值与控制变量的变化值成正比，其关系可用如下方程式表达：输出变量＝比例常数×（输入变量－零点输入偏差）2、积分控制积分控制是PID控制中的一种重要技术，它可以有效减少输出与期望值之间的积分误差，使系统达到更高的性能，而这种误差往往是比例控制所无法解决的。
积分控制的操作原理是：系统在每一时刻检测到的反馈信号与期望信号的差值，将叠加至当前差值的和，从而使系统的积分误差不断减少，最终达到零，从而达到稳定控制的目的。
其关系可用如下方程式表达：输出变量＝积分常数×累积误差＋比例常数×当前误差3、微分控制微分控制是比例－积分－微分控制中的一种重要技术，它是一种前瞻控制技术，可以用于预测系统反馈信号在未来一段时间内的变化趋势，从而有效减少输出与期望值之间的积分误差，增加调节精度。
先进的PID控制
北京化工大学本科毕业论文题目：基于遗传算法整定的PID控制院系：专业：电气工程及其自动化班级：________ ____ _ _ _____ 学生姓名：____________ ________ _____ 执导老师：___________ ______________ ______论文提交日期：年月日论文答辩日期：年月日摘要PID控制器是在工业过程控制中常见的一种控制器，因此，PID参数整定与优化一直是自动控制领域研究的重要问题。
遗传算法是一种具有极高鲁棒性的全局优化方法，在自控领域得到广泛的应用。
针对传统PID 参数整定的困难性，本文提出了把遗传算法运用于PID参数整定中。
本文首先对PID控制的原理和PID参数整定的方法做了简要的介绍。
其次介绍了遗传算法的原理、特点和应用。
再次，本文结合实例阐述了基于遗传算法的PID参数优化方法，采用误差绝对值时间积分性能指标作为参数选择的最小目标函数,利用遗传算法的全局搜索能力,使得在无须先验知识的情况下实现对全局最优解的寻优,以降低PID参数整定的难度,达到总体上提高系统的控制精度和鲁棒性的目的。
最后，本文针对遗传算法收敛速度慢、易早熟等缺点，将传统的赌盘选择法与最优保存策略结合起来，并采用改进的自适应交叉算子和自适应变异算子对PID参数进行迭代寻优整定。
采用MATLAB对上述算法进行仿真验证，仿真结果表明了遗传算法对PID参数整定的有效性。
关键词：PID；参数控制；遗传算法；MATLABAbstractPID controller is a kind of controller that is usual in industrial process control. Therefore, tuning and optimization of PID parameters are important researchable problems in the automatic control field, where Genetic algorithm is widely used because of the highly robust global optimization ability of it. Aiming at the difficulty of traditional tuning of PID parameter, this paper puts forward a method that genetic algorithm is applied to the tuning of PID parameters.Firstly, the principle of PID control and the methods of tuning of PID parameters are introduced briefly. Secondly, this paper introduces the principle, characteristics and application of genetic algorithm. Thirdly, this article expounds on the methods of tuning of PID parameters based on genetic algorithm with an example. In this paper, the performance index of time integral of absolute error serves as the minimum objective function in the tuning of PID parameters, and the global search ability of genetic algorithm is used, so the global optimal solution is obtained without prior knowledge, and the difficulty of tuning of PID parameter is reduced, so the goal is achieved which is improving the control accuracy and robustness of the system overall. Finally, aiming at the weakness of genetic algorithm, such as the slow convergence of prematurity and precocious, the traditional gambling site selection method and elitist model are united in this paper, and the paper alsoadopted adaptive crossover operator and adaptive mutation operator to optimize PID parameters iteratively.Use MATLAB to simulate these algorithms, and the simulation results show that PID controller tuning based on genetic algorithm is effective.Keywords: Genetic algorithm; PID control; optimum; MATLAB目录第一章引言 (1)1.1 课题研究的背景及意义 (1)1.2 PID控制的发展与现状 (1)1.3 本文研究的内容 (2)第二章PID控制 (4)2.1 PID控制原理 (4)2.2 常规PID参数整定方法 (6)2.2.1 Ziegler-Nichols整定方法 (6)2.2.2 改进的Ziegler-Nichols整定方法 (8)2.2.3 ISTE最优设定方法的经验公式 (9)2.2.4 Haalman法的计算公式 (10)2.2.5 KT整定法 (11)第三章基于遗传算法整定的PID控制 (13)3.1 遗传算法基本原理 (13)3.1.1 遗传算法概要 (13)3.1.2 遗传算法的应用步骤 (14)3.2 遗传算法的实现 (15)3.2.1 编码方法 (15)3.2.2 适应度函数 (16)3.2.3 选择算子 (17)3.2.4 交叉算子 (17)3.2.5 变异算子 (18)3.2.6 遗传算法控制参数选取 (19)3.3 遗传算法的仿真验证 (20)3.2.6遗传算法中关键参数的确定 (23)3.3 遗传算法的主要步骤 (23)3.3.1 准备工作 (23)3.3.2 基本遗传算法的步骤 (24)3.4遗传算法PID参数整定的编程实现 (24)3.4.1初始群体 (24)3.4.2 编码 (25)3.4.3 基本操作算子 (26)3.4.4 目标函数 (29)3.4.5 画图 (29)第四章PID整定方法的仿真应用 (31)4.1 一阶对象 (31)4.2 二阶对象 (32)4.3 三阶对象 (34)第五章结论 (37)参考文献 (38)致谢 (40)第一章引言1.1 课题研究的背景及意义PID(p一proportion，I一Integral，D一Differentia)控制是比例、积分、微分控制的简称PID[l]。
PID参数整定1
PID控制是目前应用最为广泛的控制策略，以其简单清晰的结构、良好的鲁棒性和广泛的适用范围，深受工业界的亲睐，并且日益受到控制理论的重视。
然而，PID控制其能否得到有效的发挥，一方面与PID控制其结构设计有关，另一方面也与参数整定有很大关系。
具有良好自整定功能的PID控制其不但可以有效提高控制设备安装调试的效率，也可以显著改善控制效果。
总结近年来PID控制的发展趋势，可以将PID控制的发展分为两个大方向：传统PID控制技术的继续发展和各种新型控制技术与PID控制的结合。
传统PID 控制的发展包括自整定技术，变增益控制和自适应控制。
传统PID控制的发展可以改善PID控制的效果，使PID控制器的自动化程度和对环境的适应能力不断提高。
各种新型控制技术与PID控制的结合包括新型控制技术应用于PID控制器的设计与整定之中或者是使用新的控制思想设计出具有PID结构的新控制器。
诸如模糊控制、神经网络等新型控制技术与PID控制的结合扩大了PID控制器的应用范围，对于解决非线性和不确定系统控制等采用传统PID控制器难以有效控制的情况收到了很好的效果。
PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。
这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。
和其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。
可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个PID反馈回路却可以保持系统的稳定。
在工业控制中，PID控制是工业控制中最常用的方法，在工业控制中占主导地位。
但是, 随着火电机组容量的不断扩大，对给水控制系统提出了更高的要求：汽包蓄水量和蒸发面积减少，加快了汽包水位的变化速度；锅炉容量的扩大，显著提高了锅炉受热面的热负荷，使锅炉负荷变化对水位的影响加剧，系统动态特性变化幅度较大。
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本章要点
1.了解计算机控制系统的构成原理 2.了解计算机控制系统硬件组成与软件组成。 3. 初步认识微型计算机控制系统分类与装置种类
本章主要内容
引言 1.1 计算机控制系统组成 1.2 计算机控制系统分类 1.3 计算机控制装置种类 本章小结 思考题
引言
（2）开环控制系统
r
给定值 控制器
u
控制作用
执行器
q
操纵变量
被控对象
y
被控量
(b) 开环控制系统
开环控制系统--不同于闭环系统，它不需要被
控对象的测量反馈信号，控制器直接根据给定值驱动 执行器去控制被控对象，所以这种信号的传递是单方 向的。开环控制系统不能自动消除被控量与给定值之 间的偏差，其控制性能不如闭环系统。
• 软件通常分为系统软件和应用软件两大类；系统软件
是计算机控制系统的神经中枢，整个系统的动作都是 在软件程序指挥下协调工作的。 一般由计算机厂家提供，专门用来使用和管理计算机 本身的程序；应用软件是用户针对生产过程要求而编 制的各种应用程序。
1.2
控制系统分类
主要知识点
1.2.1 数据采集系统（DAS） 1.2.2 操作指导控制系统 (OGC) 1.2.3 直接数字控制系统（DDC） 1.2.4 监督计算机控制系统（SCC）
1.2.5 分散控制系统（DCS）
1.2.6 现场总线控制系统（FCS）
1.2.1
计
数据采集系统（DAS）
工 A/ D 转 换 器 采 样 器 测 量 元 件 业
算
对 机 显示终端 象
打印机 图 1- 5 数据采集系统
链接动画
数据采集系统(Data Acquisition System)--是计算机应用于生产过程控制最早、 也是最基本的一种类型，如图1-5所示。生产过程中被控对象的大量参数经测量变送 仪表发送和A/D通道或DI通道巡回采集后送入计算机，由计算机对这些数据进行分析 和处理，并按操作要求进行屏幕显示、制表打印和越限报警。
1.2.2
操作指导控制系统(OGC)
操作指导控制系统--是基于数据采集系统的 一种开环结构，如图 1-6 所示。计算机根据采集 到的数据以及工艺要求进行最优化计算，计算出 的最优操作条件，并不直接输出控制被控对象， 而是显示或打印出来，操作人员据此去改变各个 控制器的给定值或操作执行器，以达到操作指导 的作用。它相当于模拟仪表控制系统的手动与半 自动工作状态。 OGC 系统的优点是结构简单，控 制灵活和安全。缺点是要由人工操作，速度受到 限制，不能同时控制多个回路。
（4）计算机控制系统的监控过程步骤
a.实时数据采集--对来自测量变送器的被控量的
瞬时值进行采集和输入 ；
b.实时数据处理--对采集到的被控量进行分析、
比较和处理，按一定的控制规 律运算，进行控制决策；
c.实时输出控制--根据控制决策，适时地对执行
器发出控制信号，完成监控任 务；
1.1.2
硬件组成
计算机控制技术及工程应用--是把计算机技术与自动化控制系 统融为一体的一门综合性学问，是以计算机为核心部件的过程控制 系统和运动控制系统。从计算机应用的角度出发，自动化控制工程 是其重要的一个应用领域；而从自动化控制工程来看，计算机技术 又是一个主要的实现手段。本书立足于工业自动化的领域，讨论这 种不同于普通计算机的计算机控制系统的结构组成、相关技术及其 工程应用。下图为一个制药车间的自动化生产流程。
（3）计算机闭环控制系统原理组成
控制计算机 生产过程
r +
给定值
e
偏差
-
计算机
D/A
u
控制 作用
执行器
q
操纵 变量
被控对象
y
被控量
A/D
z
测量值
测量变送器
图1-3 计算机控制系统原理框图
图1-2 计算机控制系统原理图
计算机闭环控制系统的原理组成--是把图1-1中的控制 器用控制计算机即微型计算机及A/D（模/数）转换接口与D/A （数/模）转换接口代替，由于计算机采用的是数字信号传递， 而一次仪表多采用模拟信号传递，因此需要有A/D转换器将模 拟量转换为数字量作为其输入信号，以及D/A转换器将数字量 转换为模拟量作为其输出信号。
链 接 动 画
1.1 计算机控制系统的组成
主要知识点:
1.1.1 控制系统概念
1.1.2 硬件组成
1.1.3 软件组成
1.1.1 控制系统概念
计算机控制系统是由常规仪表控制系统演变而 来的; 常规仪表组成的自动控制系统根据不同的控制 要求，一般分成闭环控制(图1-1a所示)与开环 控制(图1-1b所示)两种结构形式; 计算机控制系统原理组成—用控制计算机代替 图1-1的控制器，如图1-2所示；
（1）闭环控制系统
f 干扰 + e 给定值 _ 偏差 z 测量值 r u
控制作用 控制器 执行器
q
操纵变量
被控对象
y
被控量
测量变送器 图1-1(a) 闭环控制系统
闭环控制系统--闭环控制系统中，测量变送器对被控对象进行检测，
把被控量如温度、压力等物理量转换成电信号再反馈到控制器中，控制器将 此测量值与给定值进行比较形成偏差输入，并按照一定的控制规律产生相应 的控制信号驱动执行器工作，执行器产生的操纵变量使被控对象的被控量跟 踪趋近给定值，从而实现自动控制稳定生产的目的。这种信号传递形成了闭 合回路，所以称此为按偏差进行控制的闭环反馈控制系统。
过程输入输出通道 A / D转换 测量变送 工D来自A转换驱动执行业
开关输入
对
象 开关输出
图1-3
计算机控制系统硬件组成框图 图1-4 计算机控制系统硬件组成框图 链接动画
1.1.3
软件组成
• 硬件仅为计算机控制系统的躯体。要使计算机正确地 运行解决各种问题，必须为它编制软件。 • 所谓软件是指完成各种功能的计算机程序的总和，它
计算机控制系统硬件一般包括：
主机--CPU ＋RAM＋ROM＋系统总线 常规外部设备--输入/输出设备、外存储器等 过程输入输出通道—AI、AO、DI、DO 操作台—CRT、LED、LCD 等 通信设备—交换机、modem、集线器等 图 1-3所示硬件组成框图
计算机基本系统 CPU 主机 RAM ROM 统 输入设备 常规 外部 输出设备 设备 外存储器 通信设备 操作台 接口 接口 接口 接口 接口 线 接口 总 接口 接口 系 接口