PID基本原理和仿真.pptxVIP

何为PIDPID是比例、积分、微分的缩写，将偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合构成控制量，用这一控制量对被控对象进行控制，这样的控制器称PID控制器。PID算法控制原理PID时域表达式其中t为时间PID复域表达式（常用）PID控制器的传递函数参照上图，对PID的时域表达式进行拉普拉斯变换，可得其中S是复域横坐标，我们可以想象成时间t的复域对应参数。PID调节器的类型1. 比例调节器 2. 比例积分调节器3. 比例微分调节器 4. 比例积分微分调节器1. 比例调节器比例调节器的微分方程为： y=KPe(t)（1）式中：y为调节器输出；Kp为比例系数； e(t)为调节器输入偏差。由上式可以看出，调节器的输出与输入偏差成正比。因此，只要偏差出现，就能及时地产生与之成比例的调节作用，具有调节及时的特点。比例调节器的特性曲线，如图1所示。单纯比例作用下，控制器的输出曲线（无被控对象，此图不是被调量响应曲线）图1 阶跃响应特性曲线2. 比例积分调节器所谓积分作用是指调节器的输出与输入偏差的积分成比例的作用。积分方程为： (2) 式中：TI是积分时间常数，它表示积分速度的大小，TI越大，积分速度越慢，积分作用越弱。积分作用的响应特性曲线，如图2所示。单纯积分作用下，控制器的输出曲线（无被控对象，此图不是被调量响应曲线）图2积分作用响应曲线若将比例和积分两种作用结合起来，就构成PI调节器，调节规律为： (3)PI调节器的输出特性曲线如图3所示比例积分同时作用下，控制器的输出曲线（无被控对象，此图不是被调量响应曲线）图3 PI调节器的输出特性曲线3. 比例微分调节器微分调节器的微分方程为： (4)微分作用响应曲线如图4所示。PD调节器的阶跃响应曲线如图5所示。4. 比例积分微分调节器为了进一步改善调节品质，往往把比例、积分、微分三种作用组合起来，形成PID调节器。理想的PID微分方程为：图6 PID调节器对阶跃响应特性曲线思考1、对于正弦波纯比例作用、纯积分作用、比例积分作用的响应曲线是如何的？2、对于压力控制对象，积分时间设置为2000基本相当于没有引入积分作用，对于转速控制系统积分时间设置为2000是不是也相当于没有引入积分作用？为什么？3、不同的控制系统比例K的大小有的0.02就会超调，而有的达到200确还没有出现超调，这是为什么？这是跟什么有关系？思考4、很多资料都会说，比例作用增大，静态误差减小，但是无法消除，为什么？5、积分作用能够消除静态偏差，为什么？6、比例作用不断增大，系统超调越来越大，甚至导致系统震荡、不稳定，而积分作用增大，同样也会使系统超调越来越大，导致系统震荡、不稳定，请问这两种情况有什么区别？试画出图形解释说明。7、PID控制器输出作为调门指令，但是在运行人员投入自动前，控制器输出跟踪调门指令，是如何跟踪的？系统处于稳定状态时，偏差为零，但PID控制器却还能输出调门指令，为啥PID参数选定规则整定参数寻最佳,从小到大逐步查;先调比例后积分,微分作用最后加;曲线震荡很频繁,比例刻度要放大;曲线漂浮波动大,比例刻度要拉小;曲线偏离回复慢,积分时间往小降;曲线波动周期长,积分时间要加长;曲线震荡动作繁,微分时间要加长.比例系数Kp对控制性能的影响，此图为比例作用到执行器，造成被调量变化，被调量的响应曲线比例系数Kp对控制性能的影响随着比例系数Kp的增加，超调量增大，系统响应速度加快，同时会稳态误差减小，但不能消除稳态误差。积分时间常数Ti对控制性能的影响，此图为比例积分作用到执行器，造成被调量变化，被调量的响应曲线积分作用的强弱取决于积分常数Ti。Ti越小，积分作用就越强，反之Ti大则积分作用弱。积分控制的主要作用是改善系统的稳态性能，消除系统的稳态误差。当系统存在控制误差时，积分控制就进行，直至无差，积分调节停止，积分控制输出一常值加入积分控制可使得系统的相对稳定性变差Ti值的减小可能导致系统的超调量增大，Ti值的增大可能使得系统响应趋于稳态值的速度减慢微分时间常数Td对控制性能的影响微分时间常数Td对控制性能的影响随着微分时间常数Td的增加，闭环系统响应的响应速度加快，调节时间减小微分环节的主要作用是提高系统的响应速度由于该环节对误差的导数(即误差变化率发生作用)，它能在误差较大的变化趋势时施加合适的控制，但是过大的Kd值会因为系统造成或者受控对象的大时间延迟而出现问题微分环节对于信号无变化或变化缓慢的系统不起作用。比例(P) 控制比例控制：控制器的输出与输入偏差值成比例关系。系统一旦出现偏差，比例调节立即产生调节作用以减少偏差。双位控制比例控制 P = KP * eδ=1/KP*100%比例(P) 控制1、过程简单快速，比例作用大，可以加快调节，减少误差；2、比例作用过大，使系统稳定性下降，造成不