关于PID控制 PPT课件
合集下载
PID控制经典PPT
PID控制广泛应用于各种工业过程控制系统中，如温度、压力、流量等。
PID控制的基本概念
03
微分控制
通过微分项预测误差的变化趋势，提前调整输入信号，以减小超调和缩短调节时间。
01
比例控制
通过调整输入信号的比例系数，对误差进行直接控制，以快速减小误差。
02
积分控制
通过积分项对误差进行累积，并调整输入信号，以消除长期误差。
频率响应法
通过分析系统的频率特性，如幅频特性和相频特性，来评估PID控制器的性能，主要关注系统的稳定性和抗干扰能力。
误差积分法
通过对系统误差进行积分，得到一个反映系统误差累积的指标，以此评估PID控制器的性能，关注系统误差的控制能力。
阶跃响应法
通过调整比例系数，改变系统的放大倍数，影响系统的响应速度和稳态精度。适当增大比例系数可以提高系统的响应速度，但过大会导致系统不稳定；适当减小比例系数可以减小超调量，但过小会导致系统响应迟缓。
PID控制器在机器人控制系统中具有重要的作用，是实现机器人精确控制的关键之一。
04
PID控制的改进与发展
模糊PID控制
总结词：模糊PID控制是一种将模糊逻辑与PID控制相结合的方法，通过模糊化处理将不确定性和非线性因素引入PID控制器中，提高系统的鲁棒性和适应性。
神经网络PID控制
总结词：神经网络PID控制是一种基于神经网络的PID控制器，通过神经网络的自学习和自适应能力，实现对PID参数的在线调整和优化。
pid控制经典
CATALOGUE
目录
PID控制理论概述 PID控制器的设计 PID控制的应用 PID控制的改进与发展 PID控制性能的评估与优化
01
PID控制理论概述
PID控制的基本概念
03
微分控制
通过微分项预测误差的变化趋势，提前调整输入信号，以减小超调和缩短调节时间。
01
比例控制
通过调整输入信号的比例系数，对误差进行直接控制，以快速减小误差。
02
积分控制
通过积分项对误差进行累积，并调整输入信号，以消除长期误差。
频率响应法
通过分析系统的频率特性，如幅频特性和相频特性，来评估PID控制器的性能，主要关注系统的稳定性和抗干扰能力。
误差积分法
通过对系统误差进行积分，得到一个反映系统误差累积的指标，以此评估PID控制器的性能，关注系统误差的控制能力。
阶跃响应法
通过调整比例系数，改变系统的放大倍数，影响系统的响应速度和稳态精度。适当增大比例系数可以提高系统的响应速度，但过大会导致系统不稳定；适当减小比例系数可以减小超调量，但过小会导致系统响应迟缓。
PID控制器在机器人控制系统中具有重要的作用，是实现机器人精确控制的关键之一。
04
PID控制的改进与发展
模糊PID控制
总结词：模糊PID控制是一种将模糊逻辑与PID控制相结合的方法，通过模糊化处理将不确定性和非线性因素引入PID控制器中，提高系统的鲁棒性和适应性。
神经网络PID控制
总结词：神经网络PID控制是一种基于神经网络的PID控制器，通过神经网络的自学习和自适应能力，实现对PID参数的在线调整和优化。
pid控制经典
CATALOGUE
目录
PID控制理论概述 PID控制器的设计 PID控制的应用 PID控制的改进与发展 PID控制性能的评估与优化
01
PID控制理论概述
PID控制!!ppt课件
也就是说，若以距离y作为输入，以力f作为输出，则缓冲器可以称 为微分环节。
精选版课件ppt
28
微分控制器的输出只与偏差的变化速度有 关，而与偏差存在与否无关。 因此，纯粹的微分控制作用是无意义的， 一般都将微分控制作用与比例控制结合起 来使用。
精选版课件ppt
29
微分控制的作用：
1、微分控制的作用是有偏差信号e（t）的当
1、对当前时刻的偏差信号e（t） 进行放大或衰减后作为控制信 号输出。
2、比例系数Kp越大，控制作用
越强，系统的动态特性也越好，
动态特性主要表现为起动快，
对阶跃设定跟随的快。
精选版课件ppt
18
比例控制的作用: 3、对于有惯性的系统， Kp过大时会出现较 大的超调，甚至引起系统振荡，影响系统的 稳定性。
设流入的流量为 x，活塞的移动距离 为y，S为活塞的截面 积，t为时间。
当流入的流量为一定值x0时，可以得出： y=x0t/S
如果x是变化的，即为t的函数，则
也就是说，若以流入的流量x作为输入，以移动距离y作为输出，
则油缸是个积分环节。
精选版课件ppt
21
4、 积分（I）控制规律（过去）：
具有积分控制规律的控制器称为积分(I)控制器, 其传递函数为:
输出信号和输入信号的关系：
精选版课件ppt
22
带Ｉ控制器的系统输入输出示意图
控制器输出信号的大小，不仅与偏差大小有关，还取决于偏 差存在的时间长短。
只要有偏差存在，控制器的输出就不断变化。偏差存在时间 越长，输出信号的变化量越大，直到达到输出极限。
只有余差为0，控制器的输出才稳定。
精选版课件ppt
精选版课件ppt
pid控制PPT课件
k
Kpe(k)Ki e(j)Kde(k)e(k1) j0
式中，u(k)为第k次采样时刻的控制器的输出值； e (k-1)和e (k)分别为第(k-1)次和第k次采样时刻的偏差值。
只要采样周期T足够小，数字PID控制与模拟PID控制就会十分
精确的接近。
ppt精选版
12
1.2.2 增量式PID控制算法
e(k )
0 e(k )
e(k) e0 e(k) e0
式中，e(k)为位置跟踪偏差，e0是一个可调参数，其 具体数值可根据实际控制对象由实验确定。若e0值 太小，会使控制动作过于频繁，达不到稳定被控对象
的目的；若e0太大，则系统将产生较大的滞后。
ppt精选版
35
1.2.9 带死区的PID控制算法
1.1 PID控制原理
闭环控制系统原理框图
图中所示为控制系统的一般形式。被控量y(t)的检测值c(t)与给定值r(t) 进行比较，形成偏差值e(t)，控制器以e(t)为输入，按一定的控制规律 形成控制量u(t)，通过u(t)对被控对象进行控制，最终使得被控量y(t)运 行在与给定值r(t) 对应的某个非电量值上。
ppt精选版
1
1.1 PID控制原理
模拟PID控制系统原理框图
ppt精选版
2
ppt精选版
3
1.1 PID控制原理
PID控制器各环节的作用如下：
（1）比例环节的数学式表示是:
Kp e(t)
在模拟PID控制器中，比例环节的作用是对偏差量e(t)瞬间 作出反应, 产生相应的控制量u(t)，使减少偏差e(t)向减小的 方向变化。控制作用的强弱取决于比例系数Kp， Kp越大， 控制作用越强，则过渡过程越快，控制过程的静态偏差ess 也就越小,但是Kp越大，也越容易产生振荡，增加系统的超 调量，系统的稳定性会变差。
《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控制原理》课件
PID调节器
PID调节器的设计方法多种多样。本节将介绍手动调节法和自动调节法，以及它们在不同情况下的应用。
PID控制器的设计与应用
了解PID控制器的稳定性和性能分析，以及参数选取方法对于在实际工程中应用PID控制器至关重要。
结论
PID控制器有其优点和缺点。本节将总结这些，并展望PID控制器的未来发展 方向。
参考文献
掌握PID控制原理所需要的理论基础、应用知识以及T课件
简介
PID控制器是自动控制领域中常用的控制算法之一。本节将介绍PID控制器的 概述、应用场景以及与传统控制器的区别。
PID控制器原理
在PID控制器中，P（比例）、I（积分）、D（微分）控制器起着重要的作用。了解这些基本原理是理 解PID控制器工作方式的关键。
自动控制原理PIDppt课件
KdTd 1 Td
s s
7
PID 控制器
(t)
K p e0
te0 Ti
K e e
t Td
d0
(t)
Kpe0 Kpe0 Ti
KdKpe0 Kpe0
(t) Td Ti
2Kpe0
8
t Td
d0
KdKpe0 Kpe0
e0 Kpe0 Td
e(t) (t)
(t)
6
PID 控制器
(t
)
K
p
e(t)
1 Ti
e(t)dt
Td
de(t)
dt
Gc
(s)
K
p
1
1 Ti s
Td
s
(t )
K p e0
te0 Ti
Td e0
(t )
实际PID控制器
Gc
(s)
K
p
1
1 Ti s
I
y(t)
P
PD
PI PID
5
PD控制器的动态特性
(t )
K p e(t) Td
de(t) dt
(理想)
Td: 微分时间
Gc (s)
(s)
E(s)
K p 1 Td s
(t) K p e0 Td e0 (t)
实际PD控制器
Gc
(s)
K
p
1
K d Td 1 Td
s s
(t)
Kp
e0
K e e
e0
e(t)
(t) K pe0
PI
控制器
(t
)
K
p
e(t
)
变频器课件PID控制功能 PPT
• 解决的办法是使抑制误差的作用变化“超前”， 即在误差接近于零时，抑制误差仅是放大误差的 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。
3.变频器内置PID功能
• PID闭环运行，必须首先选择PID闭环功能有 效的情况下，变频器按照给定值和反馈值进行 PID调节。PID调节是过程控制中应用得十分普遍 的一种控制方式。它是使控制系统的被控物理量 能够迅速而准确地接近于控制目标的基本手段。
• (3)多段速只有在在外部操作模式或PU/外部组合 操作模式（Pr.79 = 3，4）中有效。
• (4)当用Pr.180～Pr.186改变端子功能分配时，有 可能对其他的功能产生影响。请确定各端子的功能 后再进行设定。
图3.14 多段速运行示意图
• 对于变频器来说，比例控制实际上就是 将偏差信号（XT－XF）放大了KP倍后再作 为频率给定信号。
•
• （2）积分控制 • 在积分控制中，控制器的输出与输入偏差信号
的积分成正比关系。即使给定频率信号XG的变化 与KP（XT－XF）对时间的积分成正比。
• 对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在 稳态误差，则称这个系统为有稳态误差的系统， 简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中 必须引入积分项。积分项对偏差取决于时间的积
• 在PID调节中，必须有两种控制信号： • （1）给定值（又称为设定值）。它是与被控物理
量的控制目标对应的信号。 • 在PID方式中，它指的是对测量值全范围中确定
一个符合现场控制要求的一个数值，并以该数值 为目标值，使系统最终稳定在此值的水平上或范 围内，并且越接近越好。
• 一方面，给定值是和所选传感器的量程有 关的。给定信号的大小由传感器量程的百 分数表示。例如，当目标压力为0.7MPa时， 如所选压力传感器的量程为0-1.0MPa（420mA电流输出），则对应于0.7MPa的给 定量为70％； 如所选压力传感器的量程为 0-5.0MPa（4-20mA电流输出），则对应 于0.6MPa的给定量为14％。
3.变频器内置PID功能
• PID闭环运行，必须首先选择PID闭环功能有 效的情况下，变频器按照给定值和反馈值进行 PID调节。PID调节是过程控制中应用得十分普遍 的一种控制方式。它是使控制系统的被控物理量 能够迅速而准确地接近于控制目标的基本手段。
• (3)多段速只有在在外部操作模式或PU/外部组合 操作模式（Pr.79 = 3，4）中有效。
• (4)当用Pr.180～Pr.186改变端子功能分配时，有 可能对其他的功能产生影响。请确定各端子的功能 后再进行设定。
图3.14 多段速运行示意图
• 对于变频器来说，比例控制实际上就是 将偏差信号（XT－XF）放大了KP倍后再作 为频率给定信号。
•
• （2）积分控制 • 在积分控制中，控制器的输出与输入偏差信号
的积分成正比关系。即使给定频率信号XG的变化 与KP（XT－XF）对时间的积分成正比。
• 对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在 稳态误差，则称这个系统为有稳态误差的系统， 简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中 必须引入积分项。积分项对偏差取决于时间的积
• 在PID调节中，必须有两种控制信号： • （1）给定值（又称为设定值）。它是与被控物理
量的控制目标对应的信号。 • 在PID方式中，它指的是对测量值全范围中确定
一个符合现场控制要求的一个数值，并以该数值 为目标值，使系统最终稳定在此值的水平上或范 围内，并且越接近越好。
• 一方面，给定值是和所选传感器的量程有 关的。给定信号的大小由传感器量程的百 分数表示。例如，当目标压力为0.7MPa时， 如所选压力传感器的量程为0-1.0MPa（420mA电流输出），则对应于0.7MPa的给 定量为70％； 如所选压力传感器的量程为 0-5.0MPa（4-20mA电流输出），则对应 于0.6MPa的给定量为14％。
PID讲解理论ppt课件
个小电机带一台水泵进行压力闭环控制，一般只用PI控制。P=1-10，
I=0.1-1，D=0，这些要在现场调试时进行修正的。
6
图1 过程过渡质量指示图
上图是过程过渡质量指示图，也是干扰作用影响下的过渡过程， 用过渡过程衡量系统质量时，常用的指标有：
衰减比：前后两个峰值的比，如图1中的B：B’
余差： 就是过渡过程终了时的残余偏差，如图1中的C
微分（D）调节作用：微分作用反映系统偏差信号的 变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产 生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调 节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时 间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。此外， 微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输 出为零。微分作用不能单独使用。
I是解决动作响应的速度快慢的，可消除系统稳态误差，I变大时 响应速度变慢，反之则快；
D是消除静态误差的，提高系统动态特性，（减少超调量和反应
时பைடு நூலகம்），一般D设置都比较小，而且对系统影响比较小。
3
PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经 验数据以下可参照：
温度TIC：P=20~60%，I=180~600s，D=3-180s； 压力PIC： P=30~70%，I=24~180s； 液位LIC： P=20~80%，I=60~300s； 流量FIC： P=40~100%，I=6~60s。
经验法简单可靠，但需要有一定现场运行经验，整 定时易带有主观片面性。当采用PID调节器时，有多个整 定参数，反复试凑的次数增多，不易得到最佳整定参数。
5
下面以PID调节器为例，具体说明经验法的整定步骤：
A. 让调节器参数积分系数I=0，实际微分系数D=0，控制系统投入