PID控制及其典型工程应用
PID调节以及波形图在工程中实际应用
海得工控PID调节以及波形图的实际应用目录1PID历史简介12PID基本理论23PID与波形图在工程中的应用实例31PID历史简介自动调节，又称自动控制，如今已经涵盖了社会生活的方方面面。
在工程控制领域，理所应当的属于应用最普遍的范畴。
而PID技术作为过程控制的经典理论，在人们没有意识到他的作用时，其实已经被广泛使用了。
在PID未形成理论之前，人们称这种系统为自动调速系统，最著名的例子为瓦特的蒸汽机转速调节系统。
瓦特在发明了蒸汽机后，发现了很挠头的问题，就是不变的供气量会使他的机器因为外界负荷的变换而产生转速的忽高忽低，外界负荷大了同样的供气量机器的转速就得下降，外界负荷小了同样的供气量机器的转速就要上升。
要保持无论外界负载怎么变化，转速都要保持恒定，就得不断地随着外界负载的变化而相应地改变供气量的大小，如果靠人工去控制气门显然非常紧张和吃力。
于是瓦特就设计了下面这个这个装置如图：外界负荷大时机器的转速下降由于离心力减小，由于重力的作用滑块下降。
相应连接滑块的连杆就开大气门供气量，从而加大机器得输出功力进而机器的转速响应提高。
外界负荷小了机器的转速上升飞铁由于离心力增大克服了自身重力就向外张开，滑块上行相应减少供气量，机器的转速就要下降了。
这样就基本上完成了机器转速无论外界的负荷怎么变化都能保持了基本稳定。
别小看这么一个简单的设计，他开创了现代工业自动控制的先河，因为这个貌似简单的装置基本具备了控制论所依据的所有的基本要素：感应、分析、执行……的反馈全自动的闭环的闭环系统唯一欠缺点的是分析信息的参照不可调整（飞铁重量不可调整）不过后期改进的调速器加了个弹簧，而弹簧的弹力是可以调整的，这样就可以满足对机器转速的任意设定了。
后现代控制论在此基本思想的基础上得到了超乎人想象地在人类所触及的各个领域得到了尽情地发扬广大。
2PID基本理论什么是PID？P就是比例，就是输入偏差乘以一个系数；I就是积分，就是对输入偏差进行积分运算；D就是微分，对输入偏差进行微分运算。
pid实际应用
pid实际应用PID（Proportional-Integral-Derivative，比例积分微分）控制器是一种经典的自动控制系统，也是目前工业控制中应用最广泛的一种控制器。
它通过不断地测量被控对象的实际输出值与期望输出值的差距，并依照一定的比例、积分、微分系数计算出控制信号，对被控对象进行调节，最终使其输出达到期望值并保持稳定。
PID控制器的实际应用非常广泛，涵盖了各个领域的自动控制系统。
下面就以几个实际的例子来说明PID控制器的应用。
1. 温度控制系统温度控制系统是PID控制器的经典应用。
制造业中的许多工艺都需要对温度进行控制，例如冶金、化工、生物制药、食品加工等行业。
PID 控制器可以根据传感器提供的温度数值计算出控制信号，通过调节加热器或制冷器的功率，实现对温度的精确控制。
2. 电机转速控制电机的转速直接影响着机械设备的性能和工作效率，因此需要对电机转速进行准确控制。
PID控制器可以通过对电机转速的反馈信号不断调整电机的输出功率，使得电机转速稳定在期望值或者在受到扰动时能够快速恢复到期望转速。
3. 液位控制系统液位控制系统在化工、石油、食品饮料等行业中应用较为广泛。
PID 控制器可以通过对液位的反馈信号进行测量和处理，精确地调节阀门开度和出口流量，从而实现液位的准确控制。
4. 飞行控制在无人机、飞机、火箭等航空器的飞行控制中，PID控制器是必不可少的关键组件之一。
通过对陀螺仪、加速度计等测量装置的反馈信号不断计算控制信号，实现对飞行器姿态、高度、速度等方面的精确控制。
总之，PID控制器是自动控制领域中非常重要的一种控制器，其实际应用广泛涵盖了各个领域。
在未来，随着人类技术的不断进步和应用场景的不断拓展，PID控制器的应用也将变得越来越广泛和深入。
PID控制器在电气工程中的应用
PID控制器在电气工程中的应用一、引言在电气工程领域中，PID控制器作为一种经典的控制器，被广泛应用于自动控制系统中。
本文将探讨PID控制器的基本原理、结构和在电气工程中的应用。
二、PID控制器的基本原理PID控制器是根据系统的误差信号来调整输出控制量的一种反馈控制器。
它由比例、积分和微分三个部分组成，分别对应于PID的三个参数：比例参数Kp、积分参数Ki和微分参数Kd。
1. 比例控制比例控制是根据系统当前的误差信号与设定值之间的差异来调整输出控制量。
比例控制起到响应速度和稳定性的作用，但在某些情况下会导致系统的超调和震荡。
2. 积分控制积分控制是根据系统误差的累积值与时间的乘积来调整输出控制量。
它能够消除系统的静差，并使系统更快地达到设定值。
然而，积分控制也会引入过度补偿的问题，导致系统振荡。
3. 微分控制微分控制是根据系统误差变化率的负数来调整输出控制量。
它能够通过提前预测系统响应变化趋势，减小超调和提高响应速度。
微分控制常用于稳定性较差的系统中。
三、PID控制器的应用PID控制器在电气工程中有着广泛的应用，以下将分别介绍其在电力系统、电机控制和温度控制方面的应用。
1. 电力系统中的应用在电力系统中，PID控制器可用于发电机的频率和电压控制，以实现稳定的电力输出。
比例控制可以根据负荷需求调整机组出力；积分控制可以消除电网频率的偏差；微分控制可以在突发负荷变化时提高系统的稳定性。
2. 电机控制中的应用在电机控制中，PID控制器可用于调速和位置控制。
比例控制可以根据负载变化调整电机的输出；积分控制可以消除静差，并提高电机的响应速度；微分控制可以抑制振荡现象，使电机控制更加稳定。
3. 温度控制中的应用在温度控制领域，PID控制器常被用于恒温和温度调节。
比例控制可以根据设定温度和实际温度之间的差异来调整加热或冷却设备的输出；积分控制可以消除温度的静差，确保温度稳定；微分控制可以提高系统的动态响应能力。
面试试讲 PID控制原理及应用
1.2
1
① Kp=5 0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
2
4
6
8
10
2. PID参数整定
2.4 工程整定法实例
第一步整定比例系数，使得输出波形为平稳地由大到 小且第一个波峰的峰值为第二波峰峰值的四倍。
接着从小到大依次取值5、10、15、20、25。
1.2
1
1 PID控制原理介绍 2 PID参数整定 3 数字PID控制
1. PID控制原理
1.1 什么是PID控制
PID控制是偏差，偏差对时间的积分和偏差对时间的微 分三种控制规律的组合。它是模拟量控制中应用最广泛并解 决了控制的稳定性，快速性和准确性的控制方法。
偏差：设定值与实际值之间的差值 例如：空调温度设定值为26℃ 测量值为30℃ 偏差为-4℃ 模拟量：随着时间连续变化量 比如：温度、流量、压力
接着从小到大依次取值5、10、15、20、25。
1.5
1
⑤ Kp=25
0.5
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2. PID参数整定
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① Kp=5
航空航天工程中的PID调节技术精确控制飞行状态
航空航天工程中的PID调节技术精确控制飞行状态在航空航天工程中，PID调节技术被广泛应用于精确控制飞行状态。
PID（Proportional-Integral-Derivative）调节是最常用的控制算法之一，它通过对误差、偏差和变化率的综合考虑，实现对飞行器各项参数的精确调节。
本文将以航空航天工程中的PID调节技术为主题，探讨其原理、应用以及未来发展趋势。
一、PID调节技术原理PID调节技术是基于反馈控制理论的一种控制算法。
它通过对误差进行测量，并根据误差的大小和变化率，计算出合理的控制量，使飞行器的状态与期望值尽可能接近。
PID调节算法主要由以下三个部分组成：1. 比例控制（Proportional Control）：比例控制根据当前误差的大小，按比例调节控制量。
当误差较大时，比例控制的作用也较大，反之亦然。
比例控制可以帮助飞行器在短时间内快速接近期望状态。
2. 积分控制（Integral Control）：积分控制通过累积误差的面积，来补偿系统的静态误差。
积分控制可以提高飞行器的稳定性和鲁棒性，但过度积分会导致系统超调甚至震荡。
3. 微分控制（Derivative Control）：微分控制根据误差的变化率来预测未来状态，并对控制量进行适当调整。
微分控制可以提高系统的响应速度和抑制震荡，但对噪声较敏感。
通过综合利用比例、积分和微分三个环节，PID调节技术可以实现对飞行器状态的精确控制，提高飞行安全性和性能稳定性。
二、PID调节技术应用PID调节技术在航空航天工程中有广泛的应用，涵盖了飞行器姿态控制、导航控制、高度控制、速度控制等多个方面。
1. 姿态控制：飞行器姿态控制是航空航天工程中的基础问题之一。
通过PID调节技术可以实现对飞行器的横滚、俯仰和偏航姿态的精确控制，确保飞行器保持稳定的飞行状态。
2. 导航控制：PID调节技术可以用于实现对飞行器的导航控制，包括航线跟踪、航向角控制等。
通过不断调整控制量，飞行器可以保持在设定的导航路径上，并实现精确的目标定位。
pid控制原理详解及实例说明
pid控制原理详解及实例说明PID控制是一种常见的控制系统，它通过比例、积分和微分三个控制参数来实现对系统的控制。
在工业自动化等领域，PID控制被广泛应用，本文将详细介绍PID控制的原理，并通过实例说明其应用。
1. PID控制原理。
PID控制器是由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成的控制器。
比例部分的作用是根据偏差的大小来调节控制量，积分部分的作用是根据偏差的累积值来调节控制量，微分部分的作用是根据偏差的变化率来调节控制量。
PID控制器的输出可以表示为：\[ u(t) = K_p e(t) + K_i \int_{0}^{t} e(\tau) d\tau + K_d \frac{de(t)}{dt} \]其中，\(u(t)\)为控制量，\(e(t)\)为偏差，\(K_p\)、\(K_i\)、\(K_d\)分别为比例、积分、微分系数。
比例控制项主要用来减小静差，积分控制项主要用来消除稳态误差，微分控制项主要用来改善系统的动态性能。
通过合理地调节这三个参数，可以实现对系统的精确控制。
2. PID控制实例说明。
为了更好地理解PID控制的原理，我们以温度控制系统为例进行说明。
假设有一个加热器和一个温度传感器组成的温度控制系统，我们希望通过PID 控制器来控制加热器的功率，使得系统的温度稳定在设定的目标温度。
首先，我们需要对系统进行建模，得到系统的传递函数。
然后，根据系统的动态特性和稳态特性来确定PID控制器的参数。
接下来，我们可以通过实验来调节PID控制器的参数，使系统的实际响应与期望的响应尽可能接近。
在实际应用中，我们可以通过调节比例、积分、微分参数来实现对系统的精确控制。
比如，增大比例参数可以加快系统的响应速度，增大积分参数可以减小稳态误差，增大微分参数可以改善系统的动态性能。
通过不断地调节PID控制器的参数，我们可以使系统的温度稳定在设定的目标温度，从而实现对温度的精确控制。
总结。
通过本文的介绍，我们可以了解到PID控制的原理及其在实际系统中的应用。
由入门到精通吃透PID
由入门到精通吃透PIDPID控制器（Proportional-Integral-Derivative Controller）是一种常见的控制器，广泛应用于工业自动化领域。
它通过对系统的反馈信号进行比例、积分和微分运算，以达到控制系统稳定和响应速度的目的。
本文将从入门到精通分别介绍PID控制器的基本原理、参数调整方法和应用实例。
一、基本原理在控制系统中，PID控制器根据反馈信号与设定值之间的差异来调整输出信号，从而实现对被控对象的控制。
它由三个基本部分组成：比例控制部分、积分控制部分和微分控制部分。
1. 比例控制部分：根据反馈信号与设定值之间的差异，以一定的比例调节输出信号。
比例控制的作用是根据差异的大小来进行精确调节，但它不能解决系统的超调和稳态误差问题。
2. 积分控制部分：通过累积反馈信号与设定值之间的差异，对输出信号进行调节。
积分控制可以消除系统的稳态误差，但会增大系统的超调。
3. 微分控制部分：通过反馈信号的变化率来预测未来的发展趋势，以调节输出信号。
微分控制可以提高系统的响应速度和稳定性，但过大的微分作用会引入噪声和振荡。
PID控制器的输出信号可以表示为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t)为输出信号，Kp、Ki和Kd分别为比例、积分和微分增益，e(t)为反馈信号与设定值之间的误差，∫e(t)dt为误差的积分，de(t)/dt为误差的微分。
二、参数调整方法PID控制器的参数选择对控制系统的性能至关重要。
有许多方法可以调整PID控制器的参数，常见的包括经验法、试错法和优化算法。
1. 经验法：根据实际经验，选择适当的参数范围，并逐步调整参数，观察系统的响应变化。
这种方法简单直观，但需要具备一定的经验和调试能力。
2. 试错法：通过不断试验不同的参数组合，观察系统的响应，并根据系统的性能指标进行优化调整。
试错法可以快速找到合适的参数组合，但依赖于多次试验和手动调整。
PID控制原理及应用
PID控制原理及应用(2008-11-6 23:38:27)分类：未分类当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。
反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。
测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。
这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。
PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。
PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。
PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。
其输入e (t)与输出u (t)的关系为因此它的传递函数为：它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，Ki和Kd）即可。
在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。
首先，PID应用范围广。
虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。
其次，PID参数较易整定。
也就是，PID参数Kp，Ki和Kd可以根据过程的动态特性及时整定。
如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID参数就可以重新整定。
第三，PID控制器在实践中也不断的得到改进，下面两个改进的例子。
在工厂，总是能看到许多回路都处于手动状态，原因是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。
由于这些不足，采用PID的工业控制系统总是受产品质量、安全、产量和能源浪费等问题的困扰。
PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。
现在，自动整定或自身整定的PID控制器已是商业单回路控制器和分散控制系统的一个标准。
在一些情况下针对特定的系统设计的PID控制器控制得很好，但它们仍存在一些问题需要解决：如果自整定要以模型为基础，为了PID参数的重新整定在线寻找和保持好过程模型是较难的。
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PID控制及其典型工程应用
摘要：闭环自动控制技术都是基于反馈的概念以减少不确定性。
反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。
在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。
0引言
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。
1PID控制原理
工程实际中，应用最为广泛调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。
当被控对象结构和参数不能完全掌握，或不到精确数学模型时，控制理论其它技术难以采用时，系统控制器结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能有效测量手段来获系统参数时，最适合用PID控制技术。
PID控制，实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是系统误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制。
2PID控制的特点
2.1比例（P）控制
比例控制是一种最简单控制方式。
其控制器输出与输入误差信号成比例关系。
当仅有比例控制时系统输出存稳态误差（Steady-state error）。
2.2 积分（I）控制
积分控制中，控制器输出与输入误差信号积分成正比关系。
对一个自动控制系统，进入稳态后存稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差或简称有差系统（System with Steady-state Error）。
消除稳态误差，控制器中必须引入“积分项”。
积分项对误差取决于时间积分，时间增加，积分项会增大。
这样，即便误差很小，积分项也会时间增加而加大，它推动控制器输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。
，比例+积分（PI）控制器，可以使系统进入稳态后无稳态误差。
2.3微分（D）控制
微分控制中，控制器输出与输入误差信号微分（即误差变化率）成正比关系。
自动控制系统克服误差调节过程中可能会出现振荡失稳。
其原因是存有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差作用，其变化总是落后于误差变化。
解决办法是使抑制误差作用变化“超前”，即误差接近零时，抑制误差作用就应该是零。
这就是说，控制器中仅引入“比例”项往往是不够，比例项作用仅是放大误差幅值，而目前需要增加是“微分项”，它能预测误差变化趋势，这样，具有比例+微分控制器，就能够提前使抑制误差控制作用等于零，为负值，避免了被控量严重超调。
对有较大惯性或滞后被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统调节过程中动态特性。
3 PID控制在工程中的实际应用
随着国际物流业的发展，码头起重设备的数量及吨位都产生了大幅度的增加。
随着效率的提高，设备运行速度也变得更快。
因此，对设备上使用的电机的控制要求也越来越高。
在起重机上可以安装检测设备对起升的高度，旋转角度，悬臂伸缩的幅度进行测量，对设备运行的位置经行定位，对这些收集到的信息通过PLC 进行处理，使用PID控制程序进行调节，实现起重机运行状态的有效控制，调定位精度，安全性及效率。
起重机模糊控制不要求被控对象精确的数学模型，它能避开控制对象的数学模型。
而且算法具有一定的智能性，可以做到有很好的可维护性，操作的简便性，鲁棒性，能通过自学习适应不同运动参数的起重机运行系统。
然而，起重机模糊控制的精度受到量化等级的制约。
另外，对于普通的起重机模糊控制而言，它类似于比例微分的控制方式，还有一个非零的稳态误差，属于有差调节。
将起重机模糊控制和PID控制器两者结合起来，发挥两者的优点。
既具有起重机模糊控制灵活而适应性强的优点，又具有PID控制精度高的特点，这种模糊PID控制器。
对非线性和时变性的控制对象具有良好的控制效果。
完全可以满足起重机工业现场实际使用的要求。
起重机模糊控制系统由起重机模糊控制器、执行机构、被控对象、传感器等环节组成。
起重机模糊控制器在模糊自动控制系统中具有举足轻重的作用。
通常按照以下步骤来设计起重机模糊控制器:
（1）确定起重机模糊控制器的结构，即根据具体的系统确定其输入变量和输出变量（即控制量），用语言变量进行描述;
（2）设计起重机模糊控制器的控制规则;
（3）用模糊合成推理来描述被控系统输入、输出变量间复杂关系的算法特征;
（4）通过模糊关系方程的求解，获取合适的输出控制量（反模糊化）; （5）编制起重机模糊控制算法的应用程序;
（6）合理选择起重机模糊控制算法的采样时间。
在工程实际中可以采用以下三种方案：
（1）模糊PID控制器采用与传统PID控制器相同的硬件结构，用PLC等来组成硬件部分，而在软件上用模糊PID算法取代原来的PID控制算法，这样就组成了一个PLC的模糊PID控制系统。
显然采用了这种做法，模糊PID控
制器组成简单、开销少、灵活性高、应用范围广。
（2）使用专用的PLC起重机模糊控制单元。
PLC的上位机上安装模糊支持软件，用户不需要专门的编程工具就能对模糊单元编程、建立知识库，并且还可以在线监视模糊单元的运行状况。
显然，采用了这种专门的模糊单元方便了用户，计算机的操作都可以由菜单提示，即使是初学者也能够很容易掌握。
采用专用的硬件起重机模糊控制器是用硬件来直接实现模糊推理，优点是推理速度快、控制精度高；但与使用软件方法相比，PLC模糊控制模块成本相对较高，使用范围受到限制。
（3）PLC的上位机软件集成开发，运算、显示（也可加入操作）由上位机完成，电气控制由PLC完成，尤其可以把主钩、副钩、小车等的电气部分的控制和操作整合起来，系统达到最优。
并具有易于整体调试、通用性较好等优点。
经理论分析、仿真实验及调试结果证明，本系统控制性能良好。
纠偏控制精度能够达到设计要求，有较好的抗干扰能力和鲁棒性。
由于采用了适合于起重机运行系统的起重机模糊控制算法，在系统的控制精度、运行平稳性，系统的可靠性方面都有较大的提高，完全可以达到工业现场实际使用的要求。
且系统具有较好的移植性，可以方便的应用在不同型号的起重机上。