工控自動化技術文摘：PID基礎知識

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PID基礎知識
深圳市精敏數字機器有限公司

1、PID控製的原理和特點
在工程實際中，應用最為廣泛的調節器控製規律為比例、積分、微分控製，簡稱PID控製，又稱PID調節。PID控製器問世至今已有近70年曆史，它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控製的主要技術之一。
dangbeikongduixiangdejiegouhecanshubunengwanquanzhangwo，huodebudaojingquedeshuxuemoxingshi，kongzhililundeqitajishunanyicaiyongshi，xitongkongzhiqidejiegouhecanshubixuyikaojingyanhexianchangtiaoshilaiqueding，zheshiyingyongPID控製技術最為方便。即當我們不完全了解一個係統和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得係統參數時，最適合用PID控製技術。
PID控製，實際中也有PI和PD控製。PID控製器就是根據係統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控製量進行控製的。
比例（P）控製
比例控製是一種最簡單的控製方式。其控製器的輸出與輸入誤差信號成比例關係。當僅有比例控製時係統輸出存在穩態誤差（Steady-state error）。
積分（I）控製
zaijifenkongzhizhong，kongzhiqideshuchuyushuruwuchaxinhaodejifenchengzhengbiguanxi。duiyigezidongkongzhixitong，ruguozaijinruwentaihoucunzaiwentaiwucha，zechengzhegekongzhixitongshiyouwentaiwuchadehuojianchengyouchaxitong（System with Steady-state Error）。為了消除穩態誤差，在控製器中必須引入“積分項”。積ji分fen項xiang對dui誤wu差cha取qu決jue於yu時shi間jian的de積ji分fen，隨sui著zhe時shi間jian的de增zeng加jia，積ji分fen項xiang會hui增zeng大da。這zhe樣yang，即ji便bian誤wu差cha很hen小xiao，積ji分fen項xiang也ye會hui隨sui著zhe時shi間jian的de增zeng加jia而er加jia大da，它ta推tui動dong控kong製zhi器qi的de輸shu出chu增zeng大da使shi穩wen態tai誤wu差cha進jin一yi步bu減jian小xiao，直zhi到dao等deng於yu零ling。因yin此ci，比bi例li+積分(PI)控製器，可以使係統在進入穩態後無穩態誤差。
微分（D）控製
在微分控製中，控製器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關係。自動控製係統在克服誤差的調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩。其原因是由於存在有較大慣性組件（環節）或有滯後(delay)組件，具有抑製誤差的作用，其變化總是落後於誤差的變化。解決的辦法是使抑製誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑製誤差的作用就應該是零。這就是說，在控製器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微(wei)分(fen)的(de)控(kong)製(zhi)器(qi)，就(jiu)能(neng)夠(gou)提(ti)前(qian)使(shi)抑(yi)製(zhi)誤(wu)差(cha)的(de)控(kong)製(zhi)作(zuo)用(yong)等(deng)於(yu)零(ling)，甚(shen)至(zhi)為(wei)負(fu)值(zhi)，從(cong)而(er)避(bi)免(mian)了(le)被(bei)控(kong)量(liang)的(de)嚴(yan)重(zhong)超(chao)調(tiao)。所(suo)以(yi)對(dui)有(you)較(jiao)大(da)慣(guan)性(xing)或(huo)滯(zhi)後(hou)的(de)被(bei)控(kong)對(dui)象(xiang)，比(bi)例(li)+微分(PD)控製器能改善係統在調節過程中的動態特性。

2、PID的作用
PID是比例，積分，微分的縮寫.
比例調節作用：是shi按an比bi例li反fan應ying係xi統tong的de偏pian差cha，係xi統tong一yi旦dan出chu現xian了le偏pian差cha，比bi例li調tiao節jie立li即ji產chan生sheng調tiao節jie作zuo用yong用yong以yi減jian少shao偏pian差cha。比bi例li作zuo用yong大da，可ke以yi加jia快kuai調tiao節jie，減jian少shao誤wu差cha，但dan是shi過guo大da的de比bi例li，使shi係xi統tong的de穩wen定ding性xing下xia降jiang，甚shen至zhi造zao成cheng係xi統tong的de不bu穩wen定ding。
積分調節作用：shishixitongxiaochuwentaiwucha，tigaowuchadu。yinweiyouwucha，jifentiaojiejiujinxing，zhizhiwucha，jifentiaojietingzhi，jifentiaojieshuchuyichangzhi。jifenzuoyongdeqiangruoqujueyujifenshijianchangshuTi，Ti越小，積分作用就越強。反之Ti大則積分作用弱，加入積分調節可使係統穩定性下降，動態響應變慢。積分作用常與另兩種調節規律結合，組成PI調節器或PID調節器。
微分調節作用：微(wei)分(fen)作(zuo)用(yong)反(fan)映(ying)係(xi)統(tong)偏(pian)差(cha)信(xin)號(hao)的(de)變(bian)化(hua)率(lv)，具(ju)有(you)預(yu)見(jian)性(xing)，能(neng)預(yu)見(jian)偏(pian)差(cha)變(bian)化(hua)的(de)趨(qu)勢(shi)，因(yin)此(ci)能(neng)產(chan)生(sheng)超(chao)前(qian)的(de)控(kong)製(zhi)作(zuo)用(yong)，在(zai)偏(pian)差(cha)還(hai)沒(mei)有(you)形(xing)成(cheng)之(zhi)前(qian)，已(yi)被(bei)微(wei)分(fen)調(tiao)節(jie)作(zuo)用(yong)消(xiao)除(chu)。因(yin)此(ci)，可(ke)以(yi)改(gai)善(shan)係(xi)統(tong)的(de)動(dong)態(tai)性(xing)能(neng)。
在zai微wei分fen時shi間jian選xuan擇ze合he適shi情qing況kuang下xia，可ke以yi減jian少shao超chao調tiao，減jian少shao調tiao節jie時shi間jian。微wei分fen作zuo用yong對dui噪zao聲sheng幹gan擾rao有you放fang大da作zuo用yong，因yin此ci過guo強qiang的de加jia微wei分fen調tiao節jie，對dui係xi統tong抗kang幹gan擾rao不bu利li。此ci外wai，微wei分fen反fan應ying的de是shi變bian化hua率lv，而er當dang輸shu入ru沒mei有you變bian化hua時shi，微wei分fen作zuo用yong輸shu出chu為wei零ling。微wei分fen作zuo用yong不bu能neng單dan獨du使shi用yong，需xu要yao與yu另ling外wai兩liang種zhong調tiao節jie規gui律lv相xiang結jie合he，組zu成chengPD或PID控製器.

3、PID控製器的參數整定
PID控製器的參數整定是控製係統設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控製器的比例係數、積分時間和微分時間的大小。PID控製器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類：
一(yi)是(shi)理(li)論(lun)計(ji)算(suan)整(zheng)定(ding)法(fa)。它(ta)主(zhu)要(yao)是(shi)依(yi)據(ju)係(xi)統(tong)的(de)數(shu)學(xue)模(mo)型(xing)，經(jing)過(guo)理(li)論(lun)計(ji)算(suan)確(que)定(ding)控(kong)製(zhi)器(qi)參(can)數(shu)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)所(suo)得(de)到(dao)的(de)計(ji)算(suan)數(shu)據(ju)未(wei)必(bi)可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)用(yong)，還(hai)必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)工(gong)程(cheng)實(shi)際(ji)進(jin)行(xing)調(tiao)整(zheng)和(he)修(xiu)改(gai)。
二是工程整定方法，它主要依賴工程經驗，直接在控製係統的試驗中進行，且方法簡單、易於掌握，在工程實際中被廣泛采用。
PID控製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。
sanzhongfangfageyouqitedian，qigongtongdiandoushitongguoshiyan，ranhouanzhaogongchengjingyangongshiduikongzhiqicanshujinxingzhengding。danwuluncaiyongnayizhongfangfasuodedaodekongzhiqicanshu，douxuyaozaishijiyunxingzhongjinxingzuihoutiaozhengyuwanshan。xianzaiyibancaiyongdeshilinjiebilifa。liyonggaifangfajinxing PID控製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係統工作；
(2)僅加入比例控製環節，直到係統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時的比例放大係數和臨界振蕩周期；
(3)在一定的控製度下通過公式計算得到PID控製器的參數。

狀　態：離線

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