自控大作业-PID控制原理运用

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1、自控大作业PID网络原理与应用班级：021xxx姓名：XX学号：02111XXXPID网络原理与应用引言：从技术应用角度看,PID控制是自动控制中产生最早的一种控制方法,至少可追逆到1000年前我国北宋年间发明的闭环调节系统---水运仪象台;从理论角度看,是20世纪40年代开始的调节原理的一种典型代表。PID控制在实际控制工程中应用最广,据不完全统计,在工业过程控制,航空航天控制等领域中,PID控制的应用占80%以上。尽管PID控制已上了经典教科书,然而由于PID控制的简单与应用效果,人们仍在不断研究PID控制

2、器各种设计方法(包括各种自适应调参、最优化方法)和未来潜力。1.PID控制的概述及原理1.1PID控制的概述当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。这个理论和应用的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。PID（比例（proportion）、积分（integration）、微分（differentiation））控制器作为最早实用化的控制器已有近百年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器

3、。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e(t）与输出u(t）的关系为u(t)=kp[e(t)+1/TI0te(t)dt+TD*de(t)/dt]因此它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s]其中kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数。1.2PID控制的原理在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控

4、制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的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，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进

5、行控制的。常规的模拟PID控制系统原理框图如图所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成。图中，r(t)是给定值，y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成控制偏差：e(t)=r(t)−y(t)。e(t)作为PID控制的输入，u(t)作为PID控制器的输出和被控对象的输入。2.PID控制的特点2.1比例控制（P）比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-stateerror）。2.2积分控制(I)在积分控制中，控制器的输出

6、与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（SystemwithSteady-stateError）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。2.3微分控制(D)在微分控制中，控制器的输出与

7、输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至

8、为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。3.PID控制的应用3.1PID理论的应用--PID控制器的参数整定PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法