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1、内江师范学院学报第20卷第6期NEIJIANGTEACHERSCOLLEGE..JOURNALOFNo6Vol20PID控制及程序实现方法刘道兴,(内江师范学院物理学与电子信息工程系四川内江641112):、。摘要介绍自动控制系统的控制PID控制原理和在温度控制系统中的程序实现:;;关健词自动控制PID控制程序实现:::1671一1785(2005)中圈分类号TP273文献标识码A文章编号c6一0020一04,,。PrD(ProportsonxnregralDifferentsalcoeffieient)控制是自动控制系统中一种最普遍的控制方法在单片机应用系,。,。统设计中许多人感到陌
2、生本文从自动控制系统出发介绍PID控制原理和在温度控制系统中的程序实现方法反馈式自动控制系统概述反馈式自动控制系统如图.、、、.1所示[lj系统由被控对象执行机构检测变送器控制器等部分组成被控对象是,。工作的机器装备例如电阻炉及加热对象水表R(t)沙‘(诊一喇,石而门黝下蔺下丁五石万1裂征这些机器装备工作状态有相应的物理参盆(称为状态参量)例如水沮,这是被控t.被控盆由检侧变送器检测获取并反馈。对t),交送卷卜一日检翻装1状态参量应该有一个保持的数值这个值称为给定值(即参考输人。)圈1反位式自动控制系统耳理圈机器装备在自动控制系统中工作的实质就是按照对状态参,.量的要求来操纵(控制)状
3、态参量例如电炉工作与否控制水温升降自动控制的任务就是利用控制器操纵被控机器装备,使被控量等于给定值。被控对象、执行机构、检测变送器等元部件一旦选定,其特性也就固定,成为系统中不可变部分。设计控制系统的主要任务就在于设计控制器矛包括确定控制规律、,.合理选择控制器的形式和参数以获得最佳控制质t,,,.实际自动控制系统中工作部件的状态参量是随时间变化的这是一个动态的过渡过程表示为y(‘)刃t)在不同时。、、.段有不同特点宜从稳准三方面考虑总体效果稳反映系统重新恢复平衡工作状态的能力强;快快反映系统偏离给定;准反映..值时间短系统过渡到新平衡工作状态后保持的精度高宜从系统自身固有性质提商系统
4、控制性能PID的控制原理PID控制是20世.[lJ是:纪30年代提出并实现的控制机理其控制规律·(,)一·(,)+·(,)d:+T·、〔去且〕(l)罕“;。,.,‘:(t)是控制器的输出(t)是控制器的输人是偏差值即给定值(t)与被控参数实际摘出y()的差值e(z)=r(t)一y(t),K,,‘;D。是比例系数T是积分时间常数T是微分时间常数1,:从式可知控制器的输出由三个部分组成一,“:。;。,是比例控制部分输出(t)=KPe(t)与输入偏差(t)成正比只要偏差(t)一出现控制器立即产生控制,,。。,作用使被控参数朝着减小偏差的方向变化具有控制及时的特点控制作用的强弱取决于K的大小如
5、果只用比例控制,系统稳定时要使控制器仍维持一定控制量输出,必然存在静差;加大,,K,K可以使静差减小过大会使系统动态品质变坏,引起被控量振荡导致系统不稳定。,“2‘·。,,二是积分控制部分输出为(t)一KP去知)dt只要偏差(t)不为它将通过累积作用影响控制量以求减;,,。。,,,小偏差偏差为。控制作用不再变化系统达到稳定积分作用加人可以消除系统静差积分时间T小积分速度快积分作用强。增大,(),、.T将减慢消除静差的过程降低响应速度从而可以减小超调提高稳定性对温度参量等滞后较大的:收稿日期2005一08一16:,,,。作者简介刘道兴(1948一)男四川资中人内江师范学院副教授:2005
6、年12月刘道兴PID控制及程序实现方法2l对象,宜选界大一些。..___.__、‘.、___二___,_、,,,_二~_de(t)_二________三是微分控制部_分二,输出为“3(t)=K户T。二二输出与偏差⋯信号‘(t)的变化速度成正比,即使偏差很小,只要出箭⋯现变化,,,.“”,趋势便马上产生控制作用以调整系统的输出阻止偏差的变化这是一种超前控制作用在偏差出现或变化的瞬间作用明显。,“3(t)越大,反馈校正量越大.徽分控制将有助于减小超调、克服振荡,.偏差变化越快使系统趋于稳定,.,采用PID控制器从静态和动态方面改善了控制器的品质某时刻改变以t)或y(t)作为控制器翰人信号的
7、偏差值。,。.,,(t)是阶跃信号作为控制器输出信号的u(t)是对(t)的响应信号在阶跃信号作用下首先是比例和微分作用使控制,.,。器控制作用加强;然后再进行积分直到最后消除静差为止即这个过渡过程是快速并平稳然后准确跟踪PID控制器成为一种应用广泛的控制器。3PID控制的实瑰方法3.1由模拟电路实现,,在模拟控制系统中从信号迭加的角度看控制器由比例放大器、微分器、积分器组成,它是一种线形控制器。如图2所示。比例放、、、、大器微分器积分器可以由集
