PID控制的原理和方法

NM NS ZO PS PS PM PM
PM ZO ZO PS PS PM PB PB
PB ZO ZO PS PM PM PB PB
Ki的控制规则
△e NB NM NS ZO PS PM PM
积分（I）控制
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信 号的积分成正比关系。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 控制系统是有稳态误差的或简称有差系统 （System with Steady-state Error）。为了 消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分 项”。积分项对误差取决于时间的积分，随 着时间的增加，积分项会增大。这样，即便 误差很小，积分项也会随着时间的增加而加 大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进 一步减小，直到等于零。因此，比例+积分 (PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳 态误差。
PB ZO ZO NM NM NM NB NB
Kp的控制规则
△e NB NM NS ZO PS PM PM
பைடு நூலகம்Ki
e
NB NB NB NM NM NS ZO ZO
NM NB NB NM NS NS ZO ZO
NS NB NM NS NS ZO PS PS
ZO NM NM NS ZO PS PM PM
PS
注意:积分系统Ki的作用是消除系统的稳
态误差. Ki越大,系统的静态误差消除越快, 但Ki过大,在响应过程的初期会产生饱和 现象,从而引起响应过程的较大超调,若Ki 过小,将使静态误差难以消除,影响系统的 调节精度.
微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分
（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克 服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因 是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组 件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变 化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”， 即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就 是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比 例项的作用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，这样，具有比 例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用 等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。 所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD) 控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
四、一般步骤
a.确定比例增益Kp 确定比例增益Kp时，首先去掉PID的积分
项和微分项，一般是令Ki=0、Kd=0（具 体见PID的参数设定说明），使PID为纯 比例调节。输入设定为系统允许的最大 值的60%~70%，由0逐渐加大比例增益 Kp ，直至系统出现振荡；再反过来，从 此时的比例增益Kp逐渐减小，直至系统 振荡消失，记录此时的比例增益Kp ，设 定PID的比例增益Kp为当前值的 60%~70%。比例增益Kp调试完成。
比例（P）控制
比例控制是一种最简单的控制方式。其 控制器的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在稳 态误差（Steady-state error）。
注意:比例系数Kp的作用是加快系统的响 应速度,提高系统的调节精度. Kp越大,系 统的响应速度越快,系统的调节精度越高, 但易产生超调,甚至会使系统不稳定. Kp 取值过小,则会降低调节的精度,使响应速 度过慢,从而延长调节时间,使系统静态和 动态特性变坏.
二、控制简介
控制原则：稳、准、快 基本控制类型：开环控制、闭环控制
y r
0
t
比例
r
e
_
积分
+u
y
+
控制对象
+ 微分
检测元器件
e(k) r(k) y(k) e(k) e(k) e(k 1) Pout K p * e(k ) Iout Ki * e(k) Dout Kd * e(k ) u Pout Iout Dout
一、PID控制的原理和特点
PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其 结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而 成为工业控制的主要技术之一。
适用情况：当被控对象的结构和参数不能完全 掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论 的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和 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。
若要设定，与确定 Kp和Ki的方法相同， 取不振荡时的30%。
d.系统空载、带载联调，再对PID参数进 行微调，直至满足要求。
e(k) r(k) y(k) e(k) e(k) e(k 1) Pout K p *e(k) Iout Ki *e(k) Dout Kd * e(k) u Pout Iout Dout
△e NB NM NS ZO PS PM P B
Kp
e
NB PB PB PM PM PS ZO ZO
NM PB PB PM PS PS ZO NS
NS PM PM PM PS ZO NS NS
ZO PM PM PS ZO NS NM NM
PS
PS PS ZO NS NS NM NM
PM PS ZO NS NM NM NM NB
b.确定积分时间常数ki 比例增益Kp确定后，设定一个较大的积
分时间常数ki的初值，然后逐渐减小ki ， 直至系统出现振荡，之后在反过来，逐 渐加大ki ，直至系统振荡消失。记录此 时的ki ，设定PID的积分时间常数ki为当 前值的150%~180%。积分时间常数ki调 试完成。
c.确定微分时间常数Kd 微分时间常数Kd一般不用设定，为0即可。
微分作用Kd的作用是改善系统的动态特 性,其作用主要是在响应过程中抑制偏差 向任何方向的变化,对偏差变化进行提前 预报.但Kd过大,会使响应提前制动,从而 延长调节时间,而且会降低系统的抗干扰 性能.
三、PID调试一般原则
a.在输出不振荡时，增大比例增益Kp 。 b.在输出不振荡时，减小积分时间常数Ki。 c.在输出不振荡时，增大微分时间常数Kd。