PID控制原理和特点.doc

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1、PID控制原理和特点    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。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主要技术之一。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

2、比例、积分、微分计算出控制量进行控制。     （1）比例（P）控制    比例控制是一种最简单控制方式。其控制器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稳态误差（Steady-state error）。     （2）积分（I）控制    积分控制中，控制器输出与输入误差信号积分成正比关系。对一个自动控制系统，进入稳态后存稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差或简称有差系统（System with Steady-state Error）。消除稳态误差，控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间积分，时间增加，积分项会增大。这样，即

3、便误差很小，积分项也会时间增加而加大，它推动控制器输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。，比例+积分（PI）控制器，可以使系统进入稳态后无稳态误差。    （3）微分（D）控制    微分控制中，控制器输出与输入误差信号微分（即误差变化率）成正比关系。 自动控制系统克服误差调节过程中可能会出现振荡失稳。其原因是存有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差作用，其变化总是落后于误差变化。解决办法是使抑制误差作用变化“超前”，即误差接近零时，抑制误差作用就应该是零。这就是说，控制器中仅引入“比例”项往往是不够，比例项作用仅是放大误差幅值

4、，而目前需要增加是“微分项”，它能预测误差变化趋势，这样，具有比例+微分控制器，就能够提前使抑制误差控制作用等于零，为负值，避免了被控量严重超调。对有较大惯性或滞后被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统调节过程中动态特性。 5、PID控制器参数整定    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

5、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

6、下公式计算到PID控制器参数。     自本世纪30年代以来，自动化技术获了惊人成就，已工业生产和国民经济各行业起着关键作用。自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平一个重要标志。同时，控制理论发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。    古典控制最早和最典型实例是蒸汽机离心式飞锤调速器控制﹔现代控制典型实例是火炮控制﹐阿波罗登月实现﹔智能控制实例有模糊全自动洗衣机等等。    自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。