PID控制原理学习

自动控制系统分为: 开环控制系统  闭环控制系统

阶跃响应: 指将一个阶跃输入(step function)加到系统上时, 系统的输出.

稳态误差: 指系统的响应进入稳态后, 系统的期望输出值域实际输出值之差.

稳定性(stability)  稳态误差(Steady-state Error)  上升时间

PID控制: 比例 积分 微分控制.

PID控制器是一种线性控制器, 用输出量y(t)和给定量r(t)之间的误差的时间函数, e(t) = r(t) - y(t).



控制量u(t): 比例(Proportional)  积分(Integration) 微分(Differentiation)控制



比例作用P只与偏差成正比; 积分作用I是偏差对时间的累积; 微分作用D是偏差的变化率.

        自动调节系统中当干扰出现时微分D立即起作用, P随偏差的增大而明显起来, 两者先克服偏差的作用,使被控量在新值上稳定, 此新稳定值域设定值之差叫余差, 而I随时间增加逐渐增强,直到克服掉余差,使被控量重返设定值.

         比例控制能迅速反应误差, 从而减小稳态误差, 但是,比例控制不能消除稳态误差, 比例系数的加大, 会引起系统的不稳定. 积分控制作用是, 只要系统有误差, 积分控制器就不断积累, 输出控制量, 以消除误差. 积分作用太强会使系统超调加大, 甚至出现系统的振荡. 微分控制作用可以减小超调量, 克服振荡, 提高系统稳定性, 同时加快系统的动态响应速度, 减小调节时间, 改善系统动态性能.

 

 

 

位置式

 

 

 

 

饱和特性: 当控制变量达到一定值后, 系统的输出变量就不在增长.

积分分离法: 当误差量较大时, 不进行积分, 直到误差小到一定值后, 才在控制量中加入积分累积.



 

 

 

 

控制器参数的选择

对于允许静态(稳态误差)的系统可以适当选择P或者PD控制器, 对于必须消除稳态误差的系统, 应该选择PI或PID控制器.

采样周期



 整定步骤:  先比例, 再积分, 最后微分.

整定比例: 由小到大, 观察各次响应, 直到反应快,超调小的响应曲线.

整定积分: 若比例控制下稳态误差不能够满足需求, 需要加入积分控制. 一般先选择的比例系数减小到原来的50%~80%,再将积分时间设置为一个较大的值,观察响应曲线, 然后减小积分作用,加大积分作用,调整比例系数.

 

采样周期小于被控对象纯延时的十分之一.