PID演示(探討版)

1、.1回路 聯(lián)鎖 PID.2控制系統(tǒng)歷程控制系統(tǒng)歷程o目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。.3控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)o一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器傳感器變送器執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過(guò)輸出接口執(zhí)行機(jī)構(gòu)加到被控系統(tǒng)上控制系統(tǒng)的被控量經(jīng)過(guò)傳感器變送器通過(guò)輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)其傳感器變送器執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。.4控制系統(tǒng)概況控制系統(tǒng)

2、概況o1、開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)o開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)(open-loop control system)是指被控對(duì)象的輸出(被控制量)對(duì)控制器(controller)的輸出沒(méi)有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴(lài)將被控量反送回來(lái)以形成任何閉環(huán)回路。.5控制系統(tǒng)概況控制系統(tǒng)概況o2 2、閉環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)o閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop control system)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象的輸出(被控制量)會(huì)反送回來(lái)影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反，則稱(chēng)為負(fù)反饋( Negative Feedback)，若極性相同，則稱(chēng)為正反饋

3、，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱(chēng)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。.6反饋控制原理圖反饋控制原理圖.7閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子o比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過(guò)不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。如果沒(méi)有眼睛，就沒(méi)有了反饋回路，也就成了一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。o當(dāng)一臺(tái)真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源，它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。.8控制系統(tǒng)的品質(zhì)穩(wěn)、準(zhǔn)、快啟動(dòng)快，但超調(diào)大且有較長(zhǎng)時(shí)間振蕩低速爬行，但無(wú)超調(diào)和振蕩快速且超調(diào)不大，但穩(wěn)態(tài)誤差太大快速且超調(diào)不大，無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差定量指標(biāo)：1.穩(wěn)態(tài)誤差(準(zhǔn)確性)2.綜合指標(biāo):.9PID控制原理控制原理o

4、在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制，又稱(chēng)PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。.10Proportion-Integral-DifferentialoPID（比例-積分-微分）控制器作為最早實(shí)用化的控制器，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制器中。PID控制器簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。 .11PID控制原理控制原理o當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參

5、數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。.12PID優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)oPID 控制原理的優(yōu)點(diǎn)在于能夠在控制過(guò)程中根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的控制規(guī)律不停地自動(dòng)調(diào)節(jié)控制量以使被控系統(tǒng)朝著設(shè)定的平衡狀態(tài)過(guò)度，最后達(dá)到控制范圍精度內(nèi)的穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。要使用好PID 控制原理, 關(guān)鍵在于根據(jù)實(shí)際情況確定PID 的各種參數(shù), 這項(xiàng)工作可能是費(fèi)時(shí)的, 但做好了, 將會(huì)提高控制器的使用效

6、果, 達(dá)到較高的控制精度, 是值得的。 .13uyr？u=f (e) tdttdeKdtteKteKtu0dip)()()()(PProportion 比例比例 I Integral 積分積分D Differentiation 微分微分PID控制器的定義及其優(yōu)點(diǎn) PID全稱(chēng)比例-積分-微分控制器，是自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 最經(jīng)典應(yīng)用最廣泛的一種控制器(一種算法)。2. 原理簡(jiǎn)單，使用中不需精確的系統(tǒng)模型；3. 如果被控對(duì)象難以控制，可以使用改進(jìn)型PID控制。.14PID控制原理控制原理 -PID控制器控制器0( )( )( )tpiddeu tK e tKe t dtKdt+ ruey iKedt

7、ideKdt + +e(t)=r(t)-y(t)-Kped.15比例控制的作用比例控制的作用otDIpudttdeTdtteTteKtu)()(1)()(0n作用：對(duì)當(dāng)前時(shí)刻的偏差信號(hào)對(duì)當(dāng)前時(shí)刻的偏差信號(hào)e(t)進(jìn)行放大或衰減，控進(jìn)行放大或衰減，控 制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)；制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)；n特點(diǎn)：Kp越大系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性越好，但越大系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性越好，但Kp過(guò)大過(guò)大y(t)可能會(huì)可能會(huì) 引起系統(tǒng)振蕩使穩(wěn)定性變差，也有可能出現(xiàn)比例引起系統(tǒng)振蕩使穩(wěn)定性變差，也有可能出現(xiàn)比例 飽和現(xiàn)象。飽和現(xiàn)象。n缺點(diǎn)：不能消除靜態(tài)誤差。不能消除靜態(tài)誤差。otDIpudttdeTdtteTteKtu)()

8、(1)()(0.16積分控制的作用積分控制的作用n作用：通過(guò)對(duì)誤差累積的作用影響控制量，并通過(guò)系通過(guò)對(duì)誤差累積的作用影響控制量，并通過(guò)系 統(tǒng)的負(fù)反饋?zhàn)饔脺p小偏差；統(tǒng)的負(fù)反饋?zhàn)饔脺p小偏差；n特點(diǎn)：特點(diǎn)：與與e(t)存在全部時(shí)段有關(guān)，只要有足夠的時(shí)間存在全部時(shí)段有關(guān)，只要有足夠的時(shí)間, 積分控制將能夠積分控制將能夠消除穩(wěn)態(tài)誤差。消除穩(wěn)態(tài)誤差。n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不能不能及時(shí)及時(shí)地克服擾動(dòng)的影響地克服擾動(dòng)的影響。otDIpudttdeTdtteTteKtu)()(1)()(0.17積分（I）調(diào)節(jié)作用的作用和特點(diǎn)o在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后

9、存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱(chēng)這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。.18積分（I）調(diào)節(jié)作用的作用和特點(diǎn)o積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。o積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強(qiáng)。反之Ti大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢.19o特點(diǎn)：特點(diǎn)：反

10、應(yīng)反應(yīng)e(t) 變化的速度，在偏差剛剛出現(xiàn)時(shí)產(chǎn)生變化的速度，在偏差剛剛出現(xiàn)時(shí)產(chǎn)生 很大的控制作用，很大的控制作用，具有超前控制作用具有超前控制作用；o作用：作用：有助于減小有助于減小 超調(diào)和調(diào)整時(shí)間，超調(diào)和調(diào)整時(shí)間，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài) 品質(zhì)品質(zhì);o缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不能消除系統(tǒng)的不能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差。微分控制的作用微分控制的作用otDIpudttdeTdtteTteKtu)()(1)()(0.20PID小節(jié)小節(jié)o首先，PID應(yīng)用范圍廣。雖然很多工業(yè)過(guò)程是非線(xiàn)性或時(shí)變的，但通過(guò)對(duì)其簡(jiǎn)化可以變成基本線(xiàn)性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，這樣PID就可控制了。o其次，PID參數(shù)較易整定。也

11、就是，PID參數(shù)Kp，Ki和Kd可以根據(jù)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性及時(shí)整定。如果過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性變化，例如可能由負(fù)載的變化引起系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性變化，PID參數(shù)就可以重新整定。 .21PID總結(jié)總結(jié)o評(píng)價(jià)一個(gè)控制系統(tǒng)是否優(yōu)越，有三個(gè)指標(biāo)：快、穩(wěn)、準(zhǔn)。 所謂快，就是要使壓力能快速地達(dá)到“命令值”（不知道你的系統(tǒng)要求多少時(shí)間） 所謂穩(wěn)，就是要壓力穩(wěn)定不波動(dòng)或波動(dòng)量小（不知道你的系統(tǒng)允許多大波動(dòng)） 所謂準(zhǔn)，就是要求“命令值”與“輸出值”之間的誤差e?。ú恢滥愕南到y(tǒng)允許多大誤差） 對(duì)于你的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要求“快”的話(huà)，可以增大Kp、Ki值 .22PID總結(jié)總結(jié)o要求“準(zhǔn)”的話(huà)，可以減小Ti值 要求“穩(wěn)”的話(huà)，可以增大Td值

12、,可以減少壓力波動(dòng) 仔細(xì)分析可以得知：這三個(gè)指標(biāo)是相互矛盾的。 如果太“快”，可能導(dǎo)致不“穩(wěn)”； 如果太“穩(wěn)”，可能導(dǎo)致不“快”； 只要系統(tǒng)穩(wěn)定且存在積分Ti，該系統(tǒng)在靜態(tài)是沒(méi)有誤差的（會(huì)存在動(dòng)態(tài)誤差）； 所謂動(dòng)態(tài)誤差，指當(dāng)“命令值”不為恒值時(shí)，“輸出值”跟不上“命令值”而存在的誤差。.23PID參數(shù)設(shè)定經(jīng)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定經(jīng)驗(yàn)o在實(shí)際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。對(duì)于溫度系統(tǒng)：P（%）20-60，I（分）3-10，D（分）0.5-3對(duì)于流量系統(tǒng)：P（%）40-100，I（分）0.1-1對(duì)于壓力系統(tǒng)：P（%）30-70，I（分）0.4-3對(duì)于液位系統(tǒng)：P（%）20-80，I（分）1-5.24Proportion-Integral-Differentialo參數(shù)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(xiàn)振蕩很頻繁，比例度盤(pán)要放大曲線(xiàn)漂浮繞大灣，比例度盤(pán)往小扳曲線(xiàn)偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降曲線(xiàn)波動(dòng)周期長(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng)曲線(xiàn)振蕩頻率快，先把微分降下來(lái)動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢。微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)理想曲線(xiàn)兩個(gè)波，前高后低4比1一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低 .25n聯(lián)鎖系統(tǒng)：是指為保障工藝過(guò)