PID调节

所谓PID指的是Proportion-Integral-Differential。翻译成中文是比例-积分-微分。 记住两句话: 1、PID是经典控制(使用年代久远) 2、PID是误差控制() 对液压泵转速进行控制还要: 1、变频器-作为电机驱动; 2、差动变压器-作为输出反馈。 PID怎么对误差控制,听我细细道来: 所谓―误差‖就是命令与输出的差值。比如你希望控制液压泵转速为1500转(―命令电压‖=6V),而事实上控制液压泵转速只有1000转(―输出电压‖=4V),则误差: e=500转(对应电压 2V)。如果泵实际转速为2000转,则误差e=-500转(注意正负号)。 该误差值送到PID控制器,作为PID控制器的输入。PID控制器的输出为:误差乘比例系 数Kp+Ki*误差积分+Kd*误差微分。 Kp*e + Ki*∫edt + Kd*(de/dt)(式中的t为时间,即对时间积分、微分) 上式为三项求和(希望你能看懂),PID结果后送入电机变频器或驱动器。 从上式看出,如果没有误差,即e=0,则Kp*e=0;Kd*(de/dt)=0;而Ki*∫edt 不一定为0。三项之和不一定为0。 总之,如果―误差‖存在,PID就会对变频器作调整,直到误差=0。 评价一个控制系统是否优越,有三个指标:快、稳、准。 所谓快,就是要使压力能快速地达到―命令值‖(不知道你的系统要求多少时间) 所谓稳,就是要压力稳定不波动或波动量小(不知道你的系统允许多大波动) 所谓准,就是要求―命令值‖与―输出值‖之间的误差e小(不知道你的系统允许多大误差) 对于你的系统来说,要求―快‖的话,可以增大Kp、Ki值 要求―准‖的话,可以增大Ki值 要求―稳‖的话,可以增大Kd值,可以减少压力波动 仔细分析可以得知:这三个指标是相互矛盾的。 如果太―快‖,可能导致不―稳‖; 如果太―稳‖,可能导致不―快‖; 只要系统稳定且存在积分Ki,该系统在静态是没有误差的(会存在动态误差); 所谓动态误差,指当―命令值‖不为恒值时,―输出值‖跟不上―命令值‖而存在的误差。不管是谁设计的、再好的系统都存在动态误差,动态误差体现的是系统的跟踪特性,比如说,有的音响功放对高频声音不敏感,就说明功放跟踪性能不好。 调整PID参数有两种方法:1、仿真法;2、―试凑法‖ 仿真法我想你是不会的,介绍一下―试凑法‖ ―试凑法‖设置PID参数的建议步骤: 1、把Ki与Kd设为0,不要积分与微分; 2、把Kp值从0开始慢慢增大,观察压力的反应速度是否在你的要求内; 3、当压力的反应速度达到你的要求,停止增大Kp值; 4、在该Kp值的基础上减少10%; 5、把Ki值从0开始慢慢增大; 6、当压力开始波动,停止增大Ki值; 7、在该Ki值的基础上减少10%; 8、把Kd值从0开始慢慢增大,观察压力的反应速度是否在你的要求内; 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 e(t) = SP – y(t); u(t) = e(t)*P SP——设定值 e(t)——误差值 y(t)——反馈值 u(t)——输出值 P——比例系数 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. 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。 其公式有很多种,但大多差别不大, 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 公式如下: u(t) = Kp*e(t) + Ki∑e(t) +u0 u(t)——输出 Kp——比例放大系数 Ki——积分放大系数 e(t)——误差 u0——控制量基准值(基础偏差) 大家可以看到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。 PI两个结合使用的情况下,我们的调整方式如下: 1、先将I值设为0,将P值放至比较大,当出现稳定振荡时,我们再减小P值直到P值不振荡或者振荡很小为止(术语叫临界振荡状态),在有些情况下,我们还可以在些P值的基础上再加大一点。 2、加大I值,直到输出达到设定值为止。 3、等系统冷却后,再重上电,看看系统的超调是否过大,加热速度是否太慢。 通过上面的这个调试过程,我们可以看到P值主要可以用来调整系统的响应速度,但太大会增大超调量和稳定时间;而I值主要用来减小静态误差。 PID控制: 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,其完整的公式如下: u(t) = Kp*e(t) + Ki∑e(t) + Kd[e(t) – e(t-1)]+u0 在PID的调试过程中,我们应注意以下步骤: 1、关闭I和D,也就是设为0.加大P,使其产生振荡; 2、减小P,找到临界振荡点; 3、加大I,使其达到目标值; 重新上电看超调、振荡和稳定时间是否吻合要求; 5、针对超调和振荡的情况适当的增加一些微分项; 6、注意所有调试均应在最大争载的情况下调试,这样才能保证调试完的结果可以在全工作范围内均有效; PID常用口诀: 参数整定找最佳,从小到大顺序查,先是比例后积分,最后再把微分加,曲线振荡很频繁,比例度盘要放大,曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳,曲线偏离回复慢,积分时间往下降,曲线波动周期长,积分时间再加长,曲线振荡频率快,先把微分降下来,动差大来波动慢,微分时间应加长,理想曲线两个波,前高后低4比1 目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时,控制理论的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。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构,加到被控系统上;控制系统的被控量,经过传感器,变送器,通过输入接口送到控制器。不同的控制系统,其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器(仪表)已经很多,产品已在工程实际中得到了广泛的应用,有各种各样的PID控制器产品,各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligent regulator),其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器,能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC),还有可实现PID控制的PC系统等等。可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制,而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连,如 Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID控制功能的控制器,如Rockwell 的Logix产品系列,它可以直接与ControlNet相连,利用网络来实现其远程控制功能。 1、开环控制系统 开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中,不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。 2、闭环控制系统 闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量) 会反送回来影响控制器的输出,形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈,若反馈信号与系统给定值信号相反,则称为负反馈( Negative Feedback),若极性相同,则称为正反馈,一般闭环控制系统均采用负反馈,又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统,眼睛便是传感器,充当反馈,人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛,就没有了反馈回路,也就成了一个开环控制系统。另例,当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净,并在洗净之后能自动切断电源,它就是一个闭环控制系统。 3、阶跃响应 阶跃响应是指将一个阶跃输入(step function)加到系统上时,系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后,系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性(stability),一个系统要能正常工作,首先必须是稳定的,从阶跃响应上看应该是收敛的;准是指控制系统的准确性、控制精度,通常用稳态误差来(Steady-state error)描述,它表示系统输出稳态值与期望值之差;快是指控制系统响应的快速性,通常用上升时间来定量描述。 4、PID控制的原理和特点 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行控制的。 比例(P)控制 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-state error)。 积分(I)控制 在积分控制中,控制器的输出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(System with Steady-state Error)。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。 微分(D)控制 在微分控制中,控制器的输出与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。 5、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。它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过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,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法,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,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID 控制器参数的整定步骤如下:(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作;(2)仅加入比例控制环节,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡,记下这时的比例放大系数和临界振荡周期;(3)在一定的控 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 下通过公式计算得到PID控制器的参数。 在实际调试中,只能先大致设定一个经验值,然后根据调节效果修改。 对于温度系统:P(%)20--60,I(分)3--10,D(分)0.5--3 对于流量系统:P(%)40--100,I(分)0.1--1 对于压力系统:P(%)30--70,I(分)0.4--3 对于液位系统:P(%)20--80,I(分)1--5 参数整定找最佳,从小到大顺序查 先是比例后积分,最后再把微分加 曲线振荡很频繁,比例度盘要放大 曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳 曲线偏离回复慢,积分时间往下降 曲线波动周期长,积分时间再加长 曲线振荡频率快,先把微分降下来 动差大来波动慢。微分时间应加长 理想曲线两个波,前高后低4比1 一看二调多分析,调节质量不会低