PID控制规律的再认识

PID控制规律的再认识工程实际中，应用最为广泛调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。当被控对象结构和参数不能完全掌握，或不到精确数 学模型时，控制理论其它技术难以采用时，系统控制器结构和参数必须依靠经验 和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个 系统和被控对象，或不能有效测量手段来获系统参数时，最适合用PID控制技 术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是系统误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制。1.比例控制 ( P )比例控制是最常用的控制手段之一，比方说我们控制一个加热器的恒温100 度，当开始加热时，离目标温度相差比较远，这时我们通常会加大加热，使温度 快速上升，当温度超过100度时，我们则关闭输出，通常我们会使用这样一个函 数。滞后性不是很大的控制对象使用比例控制方式就可以满足控制要求，但很多 被控对象中因为有滞后性。也就是如果设定温度是200度，当采用比例方式控制 时，如果P选择比较大，则会出现当温度达到200度输出为0后，温度仍然会止 不住的向上爬升，比方说升至230度，当温度超过200度太多后又开始回落，尽 管这时输出开始出力加热，但温度仍然会向下跌落一定的温度才会止跌回升，比 方说降至170度，最后整个系统会稳定在一定的范围内进行振荡。如果这个振荡 的幅度是允许的比方说家用电器的控制，那则可以选用比例控制。2比例积分控制(PI)积分的存在是针对比例控制要不就是有差值要不就是振荡的这种特点提出的 改进，它常与比例一块进行控制，也就是PI控制。 积分项是一个历史误差的 累积值，如果光用比例控制时，我们知道要不就是达不到设定值要不就是振荡, 在使用了积分项后就可以解决达不到设定值的静态误差问题，比方说一个控制中 使用了 PI控制后，如果存在静态误差，输出始终达不到设定值，这时积分项的 误差累积值会越来越大，这个累积值乘上Ki后会在输出的比重中越占越多，使 输出u（t）越来越大，最终达到消除静态误差的目的。3比例积分微分控制（PID ）因为pi系统中的I的存在会使整个控制系统的响应速度受到影响，为了解 决这个问题，我们在控制中增加了D微分项，微分项主要用来解决系统的响应速 度问题。PID控制器参数整定是控制系统设计核心内容。它是被控过程特性确定PID 控制器比例系数、积分时间和微分时间大小。PID控制器参数整定方法很多，概 括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主依据系统数学模型，理论计算确定 控制器参数。这种方法所到计算数据未必可以直接用，还必须工程实际进行调整 和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接控制系统试验中进行， 且方法简单、易于掌握，工程实际中被广泛采用。PID控制器参数工程整定方法, 主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是 试验，然后工程经验公式对控制器参数进行整定。但采用哪一种方法所到控制器 参数，都需要实际运行中进行最后调整与完善。现一般采用是临界比例法。利用 该方法进行PID控制器参数整定步骤如下：（1）首先预选择一个足够短采样周期让系统工作；（2）仅加入比例控制环节，直到系统对输入阶跃响应出现临界振荡，记下这时 比例放大系数和临界振荡周期；（3）一定控制度下公式计算到PID控制器参数