PID調節儀器(qì)控制(zhì)的原理(lǐ)和(hé)特點
日期：2024-07-16 11:41
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摘要：
PID調節儀器(qì)控制(zhì)的原理(lǐ)和(hé)特點
在工程實際中，應用*為(wèi)廣泛的調節器(qì)控制(zhì)規律為(wèi)比例、積分、微分控制(zhì)，簡稱PID控制(zhì)，又稱PID調節。PID控制(zhì)器(qì)問世至今已有(yǒu)近70年曆史，它以其結構簡單、穩定性好、工作(zuò)可(kě)靠、調整方便而成為(wèi)工業控制(zhì)的主要技(jì)術(shù)之一。當被控對象的結構和(hé)參數(shù)不能完全掌握，或得(de)不到**的數(shù)學模型時(shí)，控制(zhì)理(lǐ)論的其它技(jì)術(shù)難以采用時(shí)，系統控制(zhì)器(qì)的結構和(hé)參數(shù)必須依*經驗和(hé)現場(chǎng)調試來(lái)确定，這時(shí)應用PID控制(zhì)技(jì)術(shù)*為(wèi)方便。即當我們不完全了解一個(gè)系統和(hé)被控對象﹐或不能通(tōng)過有(yǒu)效的測量手段來(lái)獲得(de)系統參數(shù)時(shí)，*适合用PID控制(zhì)技(jì)術(shù)。PID控制(zhì)，實際中也有(yǒu)PI和(hé)PD控制(zhì)。PID控制(zhì)器(qì)就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算(suàn)出控制(zhì)量進行(xíng)控制(zhì)的。
1.比例（P）控制(zhì)
比例控制(zhì)是一種*簡單的控制(zhì)方式。其控制(zhì)器(qì)的輸出與輸入誤差信号成比例關系。當僅有(yǒu)比例控制(zhì)時(shí)系統輸出存在穩态誤差（Steady-stateerror）。
2.積分（I）控制(zhì)
在積分控制(zhì)中，控制(zhì)器(qì)的輸出與輸入誤差信号的積分成正比關系。對一個(gè)自動控制(zhì)系統，如果在進入穩态後存在穩态誤差，則稱這個(gè)控制(zhì)系統是有(yǒu)穩态誤差的或簡稱有(yǒu)差系統（Systemwith Steady-stateError）。為(wèi)了消除穩态誤差，在控制(zhì)器(qì)中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時(shí)間(jiān)的積分，随着時(shí)間(jiān)的增加，積分項會(huì)增大(dà)。這樣，即便誤差很(hěn)小(xiǎo)，積分項也會(huì)随着時(shí)間(jiān)的增加而加大(dà)，它推動控制(zhì)器(qì)的輸出增大(dà)使穩态誤差進一步減小(xiǎo)，直到等于零。因此，比例+積分（PI）控制(zhì)器(qì)，可(kě)以使系統在進入穩态後無穩态誤差。
3.微分（D）控制(zhì)
在微分控制(zhì)中，控制(zhì)器(qì)的輸出與輸入誤差信号的微分（即誤差的變化率）成正比關系。自動控制(zhì)系統在克服誤差的調節過程中可(kě)能會(huì)出現振蕩甚至失穩。其原因是由于存在有(yǒu)較大(dà)慣性組件（環節）或有(yǒu)滞後（delay）組件，具有(yǒu)抑制(zhì)誤差的作(zuò)用，其變化總是落後于誤差的變化。解決的辦法是使抑制(zhì)誤差的作(zuò)用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制(zhì)誤差的作(zuò)用就應該是零。這就是說，在控制(zhì)器(qì)中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作(zuò)用僅是放大(dà)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(yǒu)比例+微分的控制(zhì)器(qì)，就能夠提前使抑制(zhì)誤差的控制(zhì)作(zuò)用等于零，甚至為(wèi)負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有(yǒu)較大(dà)慣性或滞後的被控對象，比例+微分（PD）控制(zhì)器(qì)能改善系統在調節過程中的動态特性。
4.PID控制(zhì)器(qì)的參數(shù)整定
PID控制(zhì)器(qì)的參數(shù)整定是控制(zhì)系統設計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據被控過程的特性确定PID控制(zhì)器(qì)的比例系數(shù)、積分時(shí)間(jiān)和(hé)微分時(shí)間(jiān)的大(dà)小(xiǎo)。PID控制(zhì)器(qì)參數(shù)整定的方法很(hěn)多(duō)，概括起來(lái)有(yǒu)兩大(dà)類：一是理(lǐ)論計(jì)算(suàn)整定法。它主要是依據系統的數(shù)學模型，經過理(lǐ)論計(jì)算(suàn)确定控制(zhì)器(qì)參數(shù)。這種方法所得(de)到的計(jì)算(suàn)數(shù)據未必可(kě)以直接用，還(hái)必須通(tōng)過工程實際進行(xíng)調整和(hé)修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經驗，直接在控制(zhì)系統的試驗中進行(xíng)，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制(zhì)器(qì)參數(shù)的工程整定方法，主要有(yǒu)臨界比例法、反應曲線法和(hé)衰減法。三種方法各有(yǒu)其特點，其共同點都是通(tōng)過試驗，然後按照工程經驗公式對控制(zhì)器(qì)參數(shù)進行(xíng)整定。但(dàn)無論采用哪一種方法所得(de)到的控制(zhì)器(qì)參數(shù)，都需要在實際運行(xíng)中進行(xíng)*後調整與完善。現在一般采用的是臨界比例法。
5.利用該方法進行(xíng) PID控制(zhì)器(qì)參數(shù)的整定步驟如下：
（1）首先預選擇一個(gè)足夠短(duǎn)的采樣周期讓系統工作(zuò)﹔
（2）僅加入比例控制(zhì)環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大(dà)系數(shù)和(hé)臨界振蕩周期﹔（3）在一定的控制(zhì)度下通(tōng)過公式計(jì)算(suàn)得(de)到PID控制(zhì)器(qì)的參數(shù)。