PID的基本知識大全

ID:164146 · 發表于 2019-4-17 09:52

( 1 ) 比例的作用
比例作用的引入是為了及時但是在接近穩態區域時，如果比例系數選擇過大，則會導致過大的超調，甚至可能帶來系統的不穩定。

   ( 2 ) 積分的作用
   積分作用的引入主要是為了保證輸出值y ( t ) 在穩態時對設定值r ( t ) 的無靜差跟蹤。積分作用的引入，能消除系統靜差，但是在系統響應過渡過程的初期，一般偏差比較大，如果不選取適當的積分系數，就可能使系統相應過程出現較大的超調或者引起積分飽和現象。
   ( 3 ) 微分的作用
   微分作用的引入主要是為了改善閉環系統的穩定性和動態響應速度。因為微分系數主要是影響系統誤差變化速率的，它主要是在系統相應過程中當誤差向某個方向變化時起制動作用，提前預報誤差的變化方向，能有效地減小超調。但是如果微分系數過大，就會使阻尼過大，導致系統調節時間過長。

1/mydelay or

ui=myadd(0)*a+myadd(-1)*b

比例積分和微分

微分除掉剩下PI.

ui=myadd(0)*a+myadd(-1)*b

PID控制器參數的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。

三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數，都需要在實際運行中進行最后調整與完善。

現在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行PID控制器參數的整定步驟如下：

(1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統工作﹔

(2)僅加入比例控制環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期﹔

(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數。

　　PID參數的設定：是靠經驗及工藝的熟悉，參考測量值跟蹤與設定值曲線，從而調整P\I\D的大小。
　　PID控制器參數的工程整定,各種調節系統中P.I.D參數經驗數據以下可參照：
　　溫度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s
　　壓力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。
　　書上的常用口訣：
　　參數整定找最佳，從小到大順序查
　　先是比例后積分，最后再把微分加
　　曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大
　　曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳
　　曲線偏離回復慢，積分時間往下降
　　曲線波動周期長，積分時間再加長
　　曲線振蕩頻率快，先把微分降下來
　　動差大來波動慢。微分時間應加長
　　理想曲線兩個波，前高后低4比1
　　一看二調多分析，調節質量不會低

利用Ziegler-Nichols方法進行PID參數設置

在實際應用中，我們盡量避免使用高深復雜的數學公式，希望能使經驗法更多的發揮能力，這樣既可以節省很多時間，也可以通過經驗的傳授使更多的工程師或工人可以掌握一種簡單有效的方法來進行PID控制器的調節。

傳統的PID經驗調節大體分為以下幾步：

1．關閉控制器的I和D元件，加大P元件，使產生振蕩。

2．減小P，使系統找到臨界振蕩點。

3．加大I，使系統達到設定值。

4．重新上電，觀察超調、振蕩和穩定時間是否符合系統要求。

5．針對超調和振蕩的情況適當增加微分項。

以上5個步驟可能是大家在調節PID控制器時的普遍步驟，但是在尋找合時的I和D參數時，并非易事。如果能夠根據經典的Ziegler-Nichols（ZN法）公式來初步確定I和D元件的參數，會對我們的調試起到很大幫助。

John Ziegler和Nathaniel Nichols發明了著名的回路整定技術使得PID算法在所有應用在工業領域內的反饋控制策略中是最常用的。Ziegler-Nichols整定技術是1942年第一次發表出來，直到現在還被廣泛地應用著。

所謂的對PID回路的“整定”就是指調整控制器對實際值與設定值之間的誤差產生的反作用的積極程度。如果正巧控制過程是相對緩慢的話，那么PID算法可以設置成只要有一個隨機的干擾改變了過程變量或者一個操作改變了設定值時，就能采取快速和顯著的動作。
　　相反地，如果控制過程對執行器是特別地靈敏而控制器是用來操作過程變量的話，那么PID算法必須在比較長的一段時間內應用更為保守的校正力。回路整定的本質就是確定對控制器作用產生的過程反作用的積極程度和PID算法對消除誤差可以提供多大的幫助。

經過多年的發展，Ziegler-Nichols方法已經發展成為一種在參數設定中，處于經驗和計算法之間的中間方法。這種方法可以為控制器確定非常精確的參數，在此之后也可進行微調。

Ziegler-Nichols方法分為兩步：

1．構建閉環控制回路，確定穩定極限。

2．根據公式計算控制器參數。

穩定極限是由P元件決定的。當出現穩態振蕩時就達到了這個極限。產生了臨界系數Kpcrit和臨界振蕩周期Tcrit。