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自动控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。
“稳”是指系统的稳定性(stability),一个系统要能正常工作,首先必须是稳定的,从阶跃响应上看应该是收敛的;
“准”是指控制系统的准确性、控制精度,通常用稳态误差来(Steady-stateerror)描述,它表示系统输出稳态值与期望值之差;
“快”是指控制系统响应的快速性,通常用上升时间来定量描述。
一、 PID基本概述:
1,PID是一个闭环控制算法。因此要实现PID算法,必须在硬件上具备闭环控制功能,就是得有反馈环节。比如控制一个电机的转速,就得有一个测量转速的传感器,并将测量结果反馈到调节装置,以实现对控制目标的跟踪和调节。
2,PID是比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法。但并不是必须同时具备这三种算法,也可以是PD,PI,甚至只有P算法控制。
3,比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法各有作用:
比例控制:
反应系统的基本(当前)偏差e(t),系数较大。比例控制可提高系统快速性,减小偏差,但过大的比例容易使系统产生超调,稳定性下降,甚至造成系统不稳定;
积分控制:
反应系统的累计偏差,使系统消除稳态误差,提高无差度,因为有误差,积分调节就进行,最终实现无静差;
微分控制:
反映系统偏差信号的变化率e(t)-e(t-1),具有预见性,能预见偏差变化的趋势,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。但是微分对噪声干扰有放大作用,加强微分对系统抗干扰不利。
积分和微分都不能单独起作用,必须与比例控制配合。
4,控制器的P、I、D项选择:根据实际的目标系统调试出最佳的PID参数。
二 、常用控制规律的特点:
1、比例控制规律P:采用P控制规律能较快地克服扰动的影响,它的作用于输出值较快,但不能很好稳定在一个理想的数值,不良的结果是虽较能有效的克服扰动的影响,但有余差出现。它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合。如:水泵房冷、热水池水位控制;油泵房中间油罐油位控制等。
2、比例积分控制规律(PI):在工程中比例积分控制规律是应用最广泛的一种控制规律。积分能在比例的基础上消除余差,它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合。如:流量控制系统;油泵房供油管流量控制系统;温度调节系统等。
3、比例微分控制规律(PD):微分具有超前作用,对于具有容量滞后的控制通道,引入微分参与控制,在微分项设置得当的情况下,对于提高系统的动态性能指标,有着显著效果。因此,对于控制通道的时间常数或容量滞后较大的场合,为了提高系统的稳定性,减小动态偏差等可选用比例微分控制规律。如:加热型温度控制、成分控制。需要说明一点,对于那些纯滞后较大的区域里,微分项是无能为力,而在测量信号有噪声或周期性振动的系统,则也不宜采用微分控制。如:大窑玻璃液位的控制。
4、例积分微分控制规律(PID):PID控制规律是一种较理想的控制规律,它在比例的基础上引入积分,可以消除余差,再加入微分作用,又能提高系统的稳定性。它适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求较高的场合。如温度控制、成分控制等。
三、PID作用概述
1、P产生响应速度和力度,过小响应慢,过大会产生振荡,是I和D的基础。
2、I在有系统误差和外力作用时消除偏差、提高精度,同时也会增加响应速度,产生过冲,过大会产生振荡。
3、D抑制过冲和振荡,过小系统会过冲,过大会减慢响应速度。D的另外一个作用是抵抗外界的突发干扰,阻止系统的突变
四、 PID的参数整定:
1.口诀
参数整定找最佳,从小到大顺序查
先是比例后积分,最后再把微分加
曲线振荡很频繁,比例度盘要放大
曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳
曲线偏离回复慢,积分时间往下降
曲线波动周期长,积分时间再加长
曲线振荡频率快,先把微分降下来
动差大来波动慢。微分时间应加长
理想曲线两个波,前高后低四比一
一看二调多分析,调节质量不会低
若要反应增快,增大P减小I
若要反应减慢,减小P增大I
如果比例太大,会引起系统震荡
如果积分太大,会引起系统迟钝
2.PID参数经验数据:
温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s
压力P: P=30~70%,T=24~180s,
液位L: P=20~80%,T=60~300s,
流量L: P=40~100%,T=6~60s。<br/>
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