1、PID控制原理和特點(diǎn)工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分 控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工 業(yè)控制主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或不到精確數(shù)學(xué)模型時， 控制理論其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn) 和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完 全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能有效測量手段來獲系統(tǒng)參數(shù)時， 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 控制器就是系統(tǒng)誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進(jìn)

2、行控制。1、比例控制(P)：比例控制是最常用的控制手段之一，比方說我們控制一個加熱器的恒溫100度，當(dāng)開始加熱時，離目標(biāo)溫度相差比較遠(yuǎn)，這時我們通常會加大加熱，使溫度快速上升，當(dāng)溫度超過100度時，我們則關(guān)閉 輸出，通常我們會使用這樣一個函數(shù)e(t)二 SP - y(t) u(t) = e(t)*P其中：SP設(shè)定值；e(t)誤差值；y(t)反饋值；u(t) 輸出值；P比例系數(shù)。滯后性不是很大的控制對象使用比例控制方式就可以滿足控制 要求，但很多被控對象中因?yàn)橛袦笮?。也就是如果設(shè)定溫度是200度，當(dāng)采用比例方式控制時，如果P 選擇比較大，則會出現(xiàn)當(dāng)溫度達(dá)到200度輸出為0后，溫度仍然會止 不住

3、的向上爬升，比方說升至230度，當(dāng)溫度超過200度太多后又開 始回落，盡管這時輸出開始出力加熱，但溫度仍然會向下跌落一定的 溫度才會止跌回升，比方說降至170度，最后整個系統(tǒng)會穩(wěn)定在一定 的范圍內(nèi)進(jìn)行振蕩。如果這個振蕩的幅度是允許的比方說家用電器的控制，那則可以 選用比例控制2、比例積分控制(PI)：積分的存在是針對比例控制要不就是有差值要不就是振蕩的這種特點(diǎn)提出的改進(jìn)，它常與比例一塊進(jìn)行控制，也就是PI控制。其公式有很多種，但大多差別不大，標(biāo)準(zhǔn)公式如下：u(t)二 Kp*e( t) + KiSe( t) +u0其中：u(t)輸出；Kp比例放大系數(shù)；Ki積分放大系 數(shù)；e(t)誤差；u0控制量

4、基準(zhǔn)值(基礎(chǔ)偏差)。大家可以看到積分項是一個歷史誤差的累積值，如果光用比例控 制時，我們知道要不就是達(dá)不到設(shè)定值要不就是振蕩，在使用了積分 項后就可以解決達(dá)不到設(shè)定值的靜態(tài)誤差問題，比方說一個控制中使 用了 PI 控制后，如果存在靜態(tài)誤差，輸出始終達(dá)不到設(shè)定值，這時 積分項的誤差累積值會越來越大，這個累積值乘上 Ki 后會在輸出的 比重中越占越多，使輸出u(t)越來越大，最終達(dá)到消除靜態(tài)誤差的目 的PI 兩個結(jié)合使用的情況下，我們的調(diào)整方式如下：1、先將 I 值設(shè)為 0，將 P 值放至比較大，當(dāng)出現(xiàn)穩(wěn)定振蕩時，我 們再減小 P 值直到 P 值不振蕩或者振蕩很小為止(術(shù)語叫臨界振蕩狀 態(tài))，在有

5、些情況下，我們還可以在些 P 值的基礎(chǔ)上再加大一點(diǎn)。2、加大 I 值，直到輸出達(dá)到設(shè)定值為止。3、等系統(tǒng)冷卻后，再重上電，看看系統(tǒng)的超調(diào)是否過大，加熱 速度是否太慢。通過上面的這個調(diào)試過程，我們可以看到 P 值主要可以用來調(diào)整 系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但太大會增大超調(diào)量和穩(wěn)定時間；而 I 值主要用來 減小靜態(tài)誤差。pid 算法控制點(diǎn)目前包含三種比較簡單的PID控制算法，分別是：增量 式算法，位置式算法，微分先行。這三種是最簡單的基本算法，各有 其特點(diǎn)，一般能滿足控制的大部份要求：I瑕樣測蠱創(chuàng)pus 包!SiI瑕樣測蠱創(chuàng)pus 包!SiK 士計算。- R*1、PID增量式算法離散化公式(注：各符號含義如

6、下)：u(t)控制器的輸出值；e(t)控制器輸入與設(shè)定值之間的誤差；Kp比例系數(shù)；Ti積分時間常數(shù)；Td-微分時間常數(shù)；T調(diào)節(jié)周期。2、積分分離法離散化公式:Au( t) = q0e( t) + q1e( tT) + q2e( t-2)當(dāng) |e( t)|WB 時；q0 = Kp(1+T/Ti+Td/T)； q1 = -Kp(1+2Td/T) q2 = Kp Td /T。當(dāng) |e( t)|B 時；q0 = Kp(1+Td/T)； q1 =-Kp(1+2Td/T)； q2 = Kp Td /T； u(t) = u(t-1) + Au(t)。注:各符號含義如下u(t)控制器的輸出值；e(t)控制器輸

7、入與設(shè)定值之微分時間常數(shù)(有的地方用Kd表示)；T調(diào)節(jié)周期；&積分分離閾值。3、微分先行PID算法離散化公式：u(t) 控制器的輸出值；e(t) 控制器輸 入與設(shè)定值之間的誤差；Kp比例系數(shù)；Ti積分時間常數(shù)；Td微分時間常數(shù)。(有的地方用Kd表示)；T-調(diào)節(jié)周期；B積分分離閾值PID控制：因?yàn)镻I系統(tǒng)中的I的存在會使整個控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度受到影 響，為了解決這個問題，我們在控制中增加了D微分項，微分項主要 用來解決系統(tǒng)的響應(yīng)速度問題，其完整的公式如下：u( t) = Kp*e( t) + KiSe( t) + Kde( t) - e(t T)+u0在PID的調(diào)試過程中，我們應(yīng)注意以下步驟：1

8、、關(guān)閉I和D，也就是設(shè)為0.加大P，使其產(chǎn)生振蕩；2、減小P，找到臨界振蕩點(diǎn)；3、加大I，使其達(dá)到目標(biāo)值；4、重新上電看超調(diào)、振蕩和穩(wěn)定時間是否吻合要求；5、針對超調(diào)和振蕩的情況適當(dāng)?shù)脑黾右恍┪⒎猪棧?、注意所有調(diào)試均應(yīng)在最大爭載的情況下調(diào)試，這樣才能保證調(diào)試 完的結(jié)果可以在全工作范圍內(nèi)均有效；PID控制器參數(shù)整定PID 控制器參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計核心內(nèi)容。它是被控過程特 性確定 PID 控制器比例系數(shù)、積分時間和微分時間大小。PID 控制器參數(shù)整定方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計 算整定法。它主依據(jù)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，理論計算確定控制器參數(shù)。這種 方法所到計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改 二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接控制系統(tǒng)試驗(yàn)中進(jìn)行， 且方法簡單、易于掌握，工程實(shí)際中被廣泛采用。PID 控制器參數(shù)工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法 和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是試驗(yàn)，然后工程經(jīng)驗(yàn) 公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但采用哪一種方法所到控制器參數(shù)，都 需要實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完